JP3800113B2

JP3800113B2 - プリンタヘッド，プリンタヘッドの発光制御装置，光プリンタ及びプリンタヘッドの発光制御方法

Info

Publication number: JP3800113B2
Application number: JP2002072220A
Authority: JP
Inventors: 孝井上; 浩高鈴木; 片山　　雅之; 有服部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2003266765A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＬ素子をライン状に配置してなり、例えば光プリンタなどの光源として使用されるプリンタヘッド、そのプリンタヘッドの発光制御装置、及びそれらを備えて構成される光プリンタ並びに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、図１６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１７（ａ）は、円形のドットと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１７（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】
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、より高速に印字することが可能となるＥＬ素子を用いたプリンタヘッド、そのプリンタヘッドの発光制御装置、及びそれらを備えて構成される光プリンタ並びにプリンタヘッドの発光制御方法を提供することにある。
【００１１】
【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によれば、ＥＬ素子に、発光出力が急速に減衰する特性を有するものを用いて構成する。即ち、上記特性を有するＥＬ素子を用いれば、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。
【００１２】
具体的には、ＥＬ素子の発光立下り時間を７００μ秒以下とする。即ち、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６００ｄｐｉで１分間にＡ３用紙を８枚印字する速度と規定し、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７００μ秒となる。従って、斯様な発光特性を有するＥＬ素子を使用すれば、上記のように規定された速度以上で印字を行うことができる。
【００１３】
また、ＥＬ素子を、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無機ＥＬ素子とする。即ち、斯様な構造を有するＥＬ素子は、プリンタヘッドとして要求される形状に構成する場合に均一な特性を確保することが容易である。また、前記ＥＬ素子は電圧駆動型の薄膜ＥＬ素子となるので、電流駆動型の素子に比較して発熱が問題となり難く、プリンタヘッドを小型に構成することも可能である。
【００１４】
そして、絶縁層に比誘電率１０００以上の高誘電率材料を用いる。即ち、このような高誘電率材料を用いると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。
更に、複数の走査電極をライン状に配置し、複数のデータ電極の夫々を、電極を折り曲げてクランク状に形成することで複数の走査電極の夫々に１回ずつ交差するように配置する。ここで、プリンタヘッドに使用されるＥＬ素子の数をｍｎ個（ｍ，ｎは自然数）として考える。ｍｎ個のＥＬ素子を１本の走査電極とｍｎ本のデータ電極によって駆動しようとすれば、駆動回路の出力端子数は（ｍｎ＋１）本となる。
これに対して、本発明の構成によれば、例えば、ｍ本の走査電極とｎ本のデータ電極で駆動することができるので、必要な駆動回路の出力端子数は（ｍ＋ｎ）本となる。従って、（ｍ，ｎ≧２）であれば、駆動回路の出力端子数をより少なくすることができる。そして、その出力端子数に応じて駆動回路の内部に個別の駆動源が必要となる場合は駆動回路が小型化されるので、プリンタヘッドを小型に構成することができる。
請求項２記載のプリンタヘッドによれば、発光層を構成する母体材料をＳｒＳ（硫化ストロンチウム）とする。即ち、母体材料を斯様に選択することで、発光立下り時間が短いＥＬ素子を得ることができる。
請求項３記載のプリンタヘッドによれば、発光層を構成する発光中心材料をＣｅ（セレニウム）とする。即ち、発光中心材料にＣｅを用いれば、上記母体材料との組み合わせによって、発光立下り時間が短く、且つ発光パワーが高いＥＬ素子を得ることができる。
請求項４記載のプリンタヘッドによれば、発光層を構成する発光中心材料をＥｕ（ユウロピウム）とする。即ち、発光中心材料にＥｕを用いれば、請求項３と同様に、上記母体材料との組み合わせにより、発光立下り時間が短く且つ発光パワーが高いＥＬ素子を得ることができる。
【００２５】
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、制御回路は、請求項１乃至４の何れかに記載のプリンタヘッドについて、光プリンタの１走査期間内においてＥＬ素子を複数回連続して発光させるように制御する。従って、発光立下り時間が短いＥＬ素子であっても、１走査期間内に連続して複数回発光させれば発光量の時間積分値を増加させることができるので、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。
【００２６】
請求項６記載のプリンタヘッドの発光制御装置によれば、制御回路は、ＥＬ素子の両端に、１走査期間内において互いに極性が異なる第１及び第２駆動電圧を交互に出力させる。すると、ＥＬ素子の両端に交流電圧が連続的に印加されるので、ＥＬ素子は１走査期間内において複数回発光するようになる。従って、両端に交流電圧が印加されることで効率的に発光するＥＬ素子を、良好に発光させることができる。
【００２７】
請求項７記載のプリンタヘッドの発光制御装置によれば、制御回路は、１走査期間内における第１駆動電圧と第２駆動電圧の出力回数が異なるように制御する。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。
【００２８】
そこで、請求項７のように構成すれば駆動電圧の出力回数は奇数回となるので、電圧の印加極性は交互に反転されると共に、各走査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走査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。
【００３０】
請求項８記載のプリンタヘッドの発光制御装置によれば、制御回路は、駆動回路によってＥＬ素子に印加される駆動電圧を、当該電圧の印加回数に応じて低下させる。即ち、ＥＬ素子のクランプ電圧は、ＥＬ素子に対して連続的に印加される電圧の回数に応じて低下する傾向を示すことが判った。従って、斯様に構成すれば、駆動電圧は、その印加回数に応じて最適となるように調整されるので、不要に高い電圧を印加することがなく、消費電力を抑制することができる。
【００３１】
請求項９記載の光プリンタによれば、請求項１乃至４の何れかに記載のプリンタヘッド、または請求項５乃至８の何れかに記載のプリンタヘッドの発光制御装置を備えて構成されるので、高速で印字が可能な光プリンタを提供することができる。
【００３２】
【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１１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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
次に、ＥＬ素子アレイ３３の構造について図７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。
【００３７】
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７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。
【００３８】
例えば、第１電極５２をＩＴＯ(Indium Tin 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。
【００３９】
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。
【００４０】
第１電極５２の上に、第１絶縁層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（ＡｌＣｌ_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Ａｌ_２Ｏ_３層を形成する。
【００４１】
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ＴｉＣｌ_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。
【００４２】
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／ＴｉＯ_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。
【００４３】
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〜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。
【００４４】
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。
【００４５】
図１０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（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。
【００４６】
ガラス基板５１には、その他、制御回路４２、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。
【００４７】
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１６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７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。
【００４８】
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。
【００４９】
ここで、図２（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２（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」とは、図１に示すように光強度の最大値を「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（図１における時間Ｂ）。尚、図１の縦軸は、測定条件によって変化するため無単位であり相対値で表している。
【００５０】
従って、ＥＬ素子１を、例えば、図１６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（図１における時間Ａ）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。
【００５１】
そこで、本実施例では、図３（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２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）。
【００５２】
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３（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。
【００５３】
また、図３（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。
【００５４】
そして、図３（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。
【００５５】
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。
【００５６】
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１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。
【００５７】
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。
【００５８】
印加電圧は、ＥＬ素子１の発光しきい値電圧と、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、発光しきい値電圧を超えるには２００Ｖ以上あれば良い。
【００５９】
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（期間Ｂ）が長すぎると、図１７（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１７（ｂ）のようにドットが繋がるようなことはない。
【００６０】
そして、本実施例では、図４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。即ち正極性の電圧を３６回、負極性の電圧を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４（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４（ｂ）はＥＬ素子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によって観測した例である。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、ＥＬ素子アレイ３３の光源として必要な光パワーが確保される。
【００６１】
図５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。
【００６２】
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。
【００６３】
また、ドライバ４３、４４によってＥＬ素子１の両端に印加される電圧は、ＥＬ素子１のクランプ電圧以上の電圧とするのが好ましい。即ち、ＥＬ素子１の発光層５４は、印加電圧が所定レベルを超えると絶縁体的な振る舞いから抵抗体的な振る舞いをなすように変化する。即ち、ＥＬ素子１は、発光層５４が上下から第１，第２の絶縁膜５３，５５により挟み込まれておりコンデンサと同様の構造をなしているから、その容量は、発光層５４が絶縁体的に振舞っている場合はこれら３層分の厚さを有する絶縁体に応じたものとなる。
【００６４】
そして、発光層５４が抵抗体的に振舞うようになると、発光層５４の分だけ絶縁体の厚さが減少することになるためＥＬ素子１の容量が大きくなる。すると、ＥＬ素子１に蓄えられる電荷量が増加する。この臨界的な電圧がクランプ電圧である。ＥＬ素子１にクランプ電圧以上の電圧を印加すれば、その電圧が変動した場合でも発光出力の変動は小さくなるため、発光出力特性のばらつきは小さくなる。
【００６５】
ここで、比較のため、図１１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１０１上のＬＥＤ素子１０２とを１つずつ配線している。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
以上のように本実施例によれば、発光立下り時間が短い特性を有する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。
【００７０】
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。
【００７１】
そして、ＥＬ素子１の発光層５４を構成する母体材料をＳｒＳとして、発光中心材料をＣｅとしたので、両者の組合せによって発光立下り時間を十分に短くすることができると共に、より高い発光パワーを得ることができる。また、発光層５４を、絶縁層５３，５５を介して第１電極５２（走査電極９）と第２電極５６（データ電極１０）との間に挟み込むことで無機ＥＬ素子として構成したので、プリンタヘッド６０として要求される形状に構成する場合に均一な特性を確保することが容易である。加えて、ＥＬ素子１は電圧駆動型の薄膜ＥＬ素子となるので、電流駆動型の有機ＥＬ素子に比較して発熱が問題となり難いため、設計が容易となる。
【００７２】
また、データ電極１０を抵抗値が低い金属（Ａｌ）で構成したので、データ電極１０を細く形成することが可能である。また、データ電極１０によって伝送される信号波形のなまりも小さくなるので、例えば発光の立上り応答（時間Ｄ）を高速にすることができる。
【００７３】
更に、制御回路３は、１走査期間内において互いに極性が異なる走査電圧を走査電極９に交互に出力させると共に、両電圧の出力回数が異なるように、即ち、走査電圧の出力回数を奇数回とするので、データ電極１０側の出力電圧制御と協働させることで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。加えて、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ので、ＥＬ素子１の発光を各走査期間毎に良好に行うことができ、且つ、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。
そして、ドライバ４３，４４は、ＥＬ素子１のクランプ電圧以上の駆動電圧を印加するので、発光出力特性のばらつきを小さくすることができる。
【００７４】
尚、本来は、要求される発光パワーに相応する発光立下り時間を有したＥＬ素子を使用することができれば理想的ではある。しかしながら、実際にはそのように理想的な特性を有する素子を目標通りに形成することができるとは限らない。そこで、本実施例のような駆動方式を採用すれば、少なくとも製品の仕様によって要求される時間よりも短い発光立下り時間を有するＥＬ素子を形成することができれば、駆動電圧の印加回数によって必要な発光パワーが適宜得られるように調整することが可能となる。
【００７５】
（第２実施例）
図１２及び図１３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。発明者らは、発光層５４の成膜後、若しくは、第２絶縁層５５の成膜後に、８００℃で０．５時間〜６時間程度の熱処理（アニール）を行うことで、ＥＬ素子１の発光出力が顕著に上昇することを確認した（図１２参照）。
【００７６】
そして、図１３に示すように、第２実施例におけるＥＬ素子１Ａについては、第２絶縁層５５の成膜後に８００℃で３時間程度の熱処理を行っている。但し、このように熱処理を行う場合は、ガラス基板５１に代えて、より耐熱性が高い基板、例えばセラミック基板５７を用いるようにする。その他、石英やアルミナ基板などを用いても良い。
【００７７】
以上のように第２実施例によれば、発光層５４Ａに、形成後に８００℃で熱処理されたものを用いたので、ＥＬ素子１Ａの発光出力特性を向上させることができる。そして、熱処理された発光層５４Ａを備えたＥＬ素子１Ａを用いることで、プリンタヘッド６０の発光パワーをより高めることができる。
【００７８】
（第３実施例）
図１４は本発明の第３実施例を示すものである。図１４は、横軸にＥＬ素子１に対する駆動電圧の印加回数をとり、縦軸にＥＬ素子１のクランプ電圧をとってあらわしている。同図から明らかなように、クランプ電圧は、駆動電圧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。
【００７９】
そこで、制御回路４２は、駆動電圧の印加回数に応じてドライバ４３、４４により出力される駆動電圧レベルを、クランプ電圧のレベルに応じて変化させるようにする。斯様に構成すれば、駆動電圧の印加回数に応じて当該電圧が最適となるように、即ち、クランプ電圧を僅かに上回るように調整することができるので、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。
【００８０】
（第４実施例）
図１５は本発明の第４実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。第４実施例は、第１実施例と同様にＥＬ素子をプリンタヘッドに適用した場合であるが、電極の構造が異なっている。説明を簡単にするため、１５個のＥＬ素子１をライン状に配列することを想定する。第２実施例のＥＬ素子アレイ３３と同様に構成する場合は、１本の走査電極９と１５本のデータ電極１０とが交差する位置にＥＬ素子１を形成すれば良い。
【００８１】
第２実施例では、図１５に示すように、３（＝ｍ）本の走査電極４７と、５（＝ｎ）本のデータ電極４８とが交差する位置にＥＬ素子１を形成する。即ち、５本のデータ電極４８を、図１５中下端側と上端側とで夫々１８０度折り曲げることでクランク状に形成する。そして、３本の走査電極４７（１）〜４７（３）の夫々が、５本のデータ電極４８と１回ずつ交差するようにして、直線状に配置する。
【００８２】
以上のように構成した第４実施例によれば、必要なドライバの出力数は（３＋５＝）８本であるが、第４実施例のＥＬ素子アレイ３３の場合は（１＋１５＝）１６本となる。従って、斯様に構成すれば、必要となるドライバの出力数を削減することができる。そして、その出力端子数に応じてドライバの内部に個別の駆動源が必要となる場合は、プリンタヘッドを小型化することができる。また、この場合、配置されるＥＬ素子１の数が多くなるほどそのメリットは増大する。
尚、第４実施例の構成では走査電極４７は３本であるが、これらは各走査周期において同時に走査電圧を出力するように制御回路によって制御されることは言うまでもない。
【００８３】
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、７００μ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。
また、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。
【００８４】
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。
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１（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。
第２実施例における発光層の熱処理温度または時間は、発酵層の材料の種類やＥＬ素子に要求される発光出力などに応じて適宜設定すれば良い。
【００８５】
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。
例えば、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、（ａ）はＥＬ素子に印加する駆動電圧波形、（ｂ）はＥＬ素子の発光強度を示す図
【図２】（ａ）はパルス幅５μ秒の駆動電圧波形、（ｂ）は実際のＥＬ素子の発光を光電子増倍管により検出し、その出力電圧波形をオシロスコープで観測したものを示す図
【図３】（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４】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５】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６】印加電圧に応じてＥＬ素子に蓄えられる電荷量が変化する状態を示す図
【図７】（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】ＬＥＤを用いたプリンタヘッドの構成例を示す図
【図１２】本発明の第２実施例を示すもので、横軸にＥＬ素子の発光層を熱処理した温度をとり、縦軸にＥＬ素子の光パワーをとって示す図
【図１３】図７相当図
【図１４】本発明の第３実施例であり、駆動電圧の印加回数に応じてＥＬ素子のクランプ電圧が変化する状態を示す図
【図１５】本発明の第４実施例を示す図１０相当図
【図１６】従来技術を示すもので、発光層にＺｎＳ：Ｍｎを用いたＥＬ素子についての図１相当図
【図１７】（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
【符号の説明】
１，１ＡはＥＬ素子、９は走査電極、１０はデータ電極、３０は光プリンタ、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）、４７は走査電極、４８はデータ電極、５３は第１絶縁膜、５４，５４Ａは発光層、５５は第２絶縁膜、５６は第２電極（金属電極），５７はセラミック基板、６０はプリンタヘッドを示す。

Claims

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において、
前記ＥＬ素子は、
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無機ＥＬ素子であり、
前記絶縁層に、比誘電率が１０００以上である高誘電率材料を用い、
発光立下り時間が７００μ秒以下であるものを用いて構成し、
走査電極及びデータ電極を夫々複数備え、
前記複数の走査電極は、ライン状に配置され、
前記複数のデータ電極の夫々は、電極を折り曲げてクランク状に形成されることで前記複数の走査電極の夫々に１回ずつ交差するように配置されており、
前記ＥＬ素子は、両電極が交差する位置にライン状に配置されていることを特徴とするプリンタヘッド。
前記発光層を構成する母体材料は、ＳｒＳであることを特徴とする請求項１記載のプリンタヘッド。
前記発光層を構成する発光中心材料は、Ｃｅであることを特徴とする請求項２記載のプリンタヘッド。
前記発光層を構成する発光中心材料は、Ｅｕであることを特徴とする請求項２記載のプリンタヘッド。
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を制御するための発光制御装置であって、
前記ＥＬ素子を、光プリンタの１走査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プリンタヘッドの発光制御装置。
前記ＥＬ素子の両端に、互いに極性が異なる第１駆動電圧，第２駆動電圧を印加可能に構成される駆動回路を備え、
前記制御回路は、前記１走査期間内において、前記駆動回路に前記第１及び第２駆動電圧を交互に出力させるように制御することを特徴とする請求項５記載のプリンタヘッドの発光制御装置。
前記制御回路は、前記１走査期間内における前記第１駆動電圧と前記第２駆動電圧の出力回数が異なるように制御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装置。
前記制御回路は、前記駆動回路によって前記ＥＬ素子に印加される駆動電圧を、当該電圧の印加回数に応じて低下させることを特徴とする請求項６又は７記載のプリンタヘッドの発光制御装置。
請求項１乃至４の何れかに記載のプリンタヘッド、または請求項５乃至８の何れかに記載のプリンタヘッドの発光制御装置を備えて構成されることを特徴とする光プリンタ。
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を制御するための発光制御方法であって、
前記ＥＬ素子を、光プリンタの１走査期間内において複数回発光させることを特徴とするプリンタヘッドの発光制御方法。
前記ＥＬ素子の両端に、前記１走査期間内において、互いに極性が異なる第１駆動電圧，第２駆動電圧を印加するように制御することを特徴とする請求項１０記載のプリンタヘッドの発光制御方法。
前記１走査期間内における前記第１駆動電圧と前記第２駆動電圧の出力回数が異なるように制御することを特徴とする請求項１１記載のプリンタヘッドの発光制方法。
前記ＥＬ素子に印加する駆動電圧を、当該電圧の印加回数に応じて低下させることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れかに記載のプリンタヘッドの発光制御方法。