(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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。
【発明の詳細な説明】
【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。ＶGKは電源（通常５Ｖ）であり、負荷抵抗ＲL 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ΦS 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ΦI 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ΦS は、電流制限抵抗ＲS を経て、スタートパルス端子φS 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ΦI は、電流制限抵抗ＲI を経て、書き込み信号クロックパルス端子ΦI に接続されている。
【０００６】
図２のｖS ，ｖ1 ，ｖ2 ，ｖI は、これらスタートパルス端子φS 、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φI 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（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ｖS 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ｖS 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ｖS 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、ＶGK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ｖI 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φI 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ｖI 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ｖI 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ｖI 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ｖI 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ＶGK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ＶGKが大きくなるにつれて、小さくなる。このことは、ＶGK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ＲL 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ｖI 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ΦI 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ΦI 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ＲL 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ＶGK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ｖS 、転送用クロックパルスｖ1 ，ｖ2 、書き込みクロックパルスｖI 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、ＶGKは５Ｖであるものとする。
【００２３】
スタートパルスｖS 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ｖS 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、ＶGK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ｖI 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ｖI 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ｖI 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ΦI 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ｖI 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ｖI 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ＶGKによって変化する。図３に、ＶGKに対する時間ｅの変化の状態を示す。ＶGK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ｖI 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φI 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ＶGK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
ＲL   負荷抵抗
Ｇ  ゲート電極
φ1 ，φ2   転送用クロックパルス端子
φI   書き込みクロックパルス端子
φS   スタートパルス端子
Φ1 ，Φ2   転送用クロックパルスライン
ΦI   書き込みクロックパルスライン
ΦS   スタートパルスライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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