(57)【要約】【課題】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を提供する。【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
2004090553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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。
【図１】
2004090553.tif 000003
【図２】
2004090553.tif 000004
【図３】
2004090553.tif 000005
【図４】
2004090553.tif 000006
【図５】
2004090553.tif 000007
【図６】
2004090553.tif 000008
【図７】
2004090553.tif 000009
【図８】
2004090553.tif 000010
【図９】
2004090553.tif 000011
【図１０】
2004090553.tif 000012
【図１１】
2004090553.tif 000013