專利名稱：發(fā)光元件陣列的光量設定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光元件陣列的光量設定方法，特別是涉及配置了在低電流區(qū)具有發(fā)光效率低的電流-光特性的發(fā)光閘流晶體管的發(fā)光陣列的光量設定方法。
背景技術：
在激光打印機的光打印頭中使用的發(fā)光元件陣列中，通常采用發(fā)光二極管(LED)。在這樣的使用LED的發(fā)光元件陣列中，LED的排列間距由引線接合法的極限間距決定，極限為500dpi(位/英寸)，高密度地配置LED，不能提高發(fā)光元件陣列的分辨率。
為了解決這樣的問題，本申請人設計出采用pnpn結構的三端發(fā)光閘流晶體管的發(fā)光元件陣列，已經(jīng)獲得專利(日本專利第2807910號)。另外，該申請的內容中包含該專利的內容。
如果采用與該專利有關的技術，則能將每n(n為2以上的整數(shù))個發(fā)光閘流晶體管陣列作為一塊，將各塊的n個發(fā)光閘流晶體管的柵極個別地連接在n條布線上，而且將各塊內的n個發(fā)光閘流晶體管的陽極或陰極共同連接在一個電極上。通過這樣處理，能減少供給發(fā)光用的信號的電極數(shù)，所以能縮小發(fā)光元件的排列間距。
三端發(fā)光閘流晶體管的I-L(電流-光輸出功率)特性不是通過直角坐標原點的直線。在圖1中示出了發(fā)光部面積為20μm×20μm的三端發(fā)光閘流晶體管的I-L特性。橫軸表示電流(mA)，縱軸表示光輸出功率(μW)。I-L特性在大于10mA的區(qū)域，發(fā)光大致呈線性變化，但在5mA以下幾乎不發(fā)光。因此，如果在小電流區(qū)使用發(fā)光閘流晶體管，則發(fā)光效率低，獲得必要的曝光能量所需要的消費功率增大，結果光打印頭的溫升增大。
另一方面，如果發(fā)光閘流晶體管的發(fā)光部的電流密度增大，則由通電引起的光量下降極大。光量下降與通電時間大致成正比，相對于電流密度呈指數(shù)函數(shù)增加。圖2中示出了由通電時間引起的光量變化。橫軸表示時間(H)，縱軸表示從初始值算起的光量下降(％)。
圖3表示使用圖2中的曲線所示的結果，對通電時間達1000小時后的光量下降完成修正后的曲線。由圖3可知，在電流密度為100MA/m2以下的情況下，1000小時后的光量下降為2％。另外，可知100MA/m2的電流密度位于通信用LED等中使用的上限，超過該上限的電流密度使得晶體缺陷激增。因此，流過發(fā)光閘流晶體管的電流密度最好在100MA/m2以下。另外，在發(fā)光部面積為20μm×20μm的三端發(fā)光閘流晶體管的情況下，如果電流密度為100MA/m2，則流過發(fā)光部的電流相當于40mA。
因此，有必要設定發(fā)光閘流晶體管的光量，以便不降低發(fā)光效率，獲得規(guī)定的曝光能量。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于提供一種在配置了I-L特性不是通過直角坐標原點的直線的發(fā)光元件、例如發(fā)光閘流晶體管的陣列中，不降低發(fā)光效率，獲得規(guī)定的曝光能量的光量設定方法。
如果采用本發(fā)明，則在低電流區(qū)發(fā)光效率低的發(fā)光閘流晶體管中，將相當于電流密度為50MA/m2的電流值的I-L特性曲線的切線與表示I-L特性的曲線的電流軸的切點處的電流值所相當?shù)碾娏髅芏榷x為發(fā)光閾電流密度Dth。為了使發(fā)光閘流晶體管發(fā)光，獲得規(guī)定的曝光能量，設定光量使流過發(fā)光閘流晶體管的電流密度D在3×Dth＜D＜100MA/m2的范圍內。
另外，對曝光能量進行多層次調制時，選擇上述的D值，通過調制發(fā)光閘流晶體管的發(fā)光時間，調整曝光能量，或者通過調制發(fā)光閘流晶體管的電流值及發(fā)光時間兩方面，調整曝光能量。
附圖簡述圖1是表示發(fā)光部面積為20μm×20μm的三端發(fā)光閘流晶體管的I-L特性的曲線。
圖2是表示由發(fā)光閘流晶體管的通電時間引起的光量變化的曲線。
圖3是表示發(fā)光閘流晶體管的通電時間為100H后光量下降的曲線。
圖4是表示光打印頭的結構圖。
圖5是表示發(fā)光效率的計算結果的曲線。
圖6是表示計算了使閾電流值變化時效率怎樣變化的的結果的曲線。
圖7是表示通過電流調制進行了曝光能量的256個層次的調整時的層次電平和電流值的關系的曲線。
實施發(fā)明的最佳形態(tài)以下，參照


本發(fā)明的發(fā)光元件陣列的光量設定方法的
(實施例1)考慮使用具有圖1所示的I-L特性的發(fā)光元件閘流晶體管陣列，做成光打印頭時的電流及發(fā)光時間。另外，在以下的實施例中，使用發(fā)光部面積為20μm×20μm的發(fā)光閘流晶體管。
首先，簡單地說明電子攝影打印機中使用的光打印頭的結構。圖4表示設置在感光滾筒10上的光打印頭。光打印頭由將發(fā)光閘流晶體管排列成一排構成的發(fā)光閘流晶體管陣列12、以及將棒形透鏡裝配起來構成的棒形透鏡陣列14構成。棒形透鏡陣列14配置成與感光滾筒10的切面大致垂直、且與感光滾筒的表面大致平行。另外，發(fā)光閘流晶體管陣列12配置為能使通過棒形透鏡陣列14來自發(fā)光閘流晶體管陣列12的光入射到感光滾筒10上。
在電子攝影打印機中，進行兩個層次記錄時需必需的曝光能量為1～10mJ/m2左右?，F(xiàn)在，假設必要的曝光能量為6mJ/m2，棒形透鏡的耦合效率為4％，如果考慮600dpi(42.3μm間距)的圖像，則發(fā)光元件每描繪1點的輸出能量為270pJ。在每秒打印一張A3尺寸紙的情況下，打印一行所需要的時間大約為100μs。因此，發(fā)光元件的光輸出功率必須為270pJ/100μs＝2.7μW。如果根據(jù)圖1中的I-L特性，為了獲得2.7μW的光輸出功率，必須流過約2.7mA的電流。另一方面，如果假設流過相當于電流密度為100MA/m2的40mA的電流，則根據(jù)圖1中的I-L特性，為了獲得360μW的光輸出功率，如果使發(fā)光時間為100μs×2.7μW/360μW＝0.75μs，則能獲得與發(fā)光時間為100μs、2.7mA時相同的曝光能量。
其次，由于發(fā)光閘流晶體管的端子之間的電壓幾乎是一定的，與所供給的電流值無關，所以發(fā)光閘流晶體管的消耗功率與所供給的電流值成正比。因此，在發(fā)光閘流晶體管中消耗的能量與電流和發(fā)光時間的積成正比。即，與2.7mA時相比，40mA時為了獲得相同的曝光能量所需要的消耗能量的比率為(40mA×0.75μs)/(2.7mA×100μs)＝1/9。由于消耗的能量直接變成熱，所以與2.7mA時相比，40mA時頭的溫升能被抑制為約1/9。
這里，作為對發(fā)光閘流晶體管的壽命不成問題的最大電流值，雖然舉出了40mA(相當于100MA/m2)的例子，但如果是比該值小、且能獲得充分的發(fā)光效率的電流值，那么什么樣的值都可以。
如果采用圖1所示的發(fā)光閘流晶體管的I-L特性，則在10mA以上的區(qū)域，特性曲線大致變成直線。因此，可以考慮將電流密度100MA/m2的一半時的50MA/m2的切線L1(L＝aI+b)作為該I-L特性的一次近似式使用。但是，在該切線上L＜0的區(qū)域為L＝0。該切線L1與電流軸(縱軸)相切的點的值(發(fā)光閾電流Ith)為Ith＝-b/a。
其次，現(xiàn)在根據(jù)圖1中的I-L特性，求出近似式L1時，a＝10μW/mA，b＝-40μW。這時，發(fā)光閾電流Ith＝4mA，發(fā)光閾電流密度Dth＝10MA/m2。圖5中示出了該近似式L1、以及根據(jù)該近似式求得的發(fā)光效率E＝L/I的計算結果。另外，在該曲線中，實線表示近似式L1，虛線表示計算的發(fā)光效率E。與圖5中的曲線相比，可知如果電流超過閾值Ith，則發(fā)光效率E急劇增大，達到Ith的3倍時，約為7μW/mA，出現(xiàn)到頭的傾向。如果電流值無限大，則E＝10μW/mA，達到Ith的3倍時，能獲得約為理想值的70％的發(fā)光效率。
其次，圖6中的曲線給出了改變閾電流Ith的值時，發(fā)光效率怎樣變化的計算結果。在該曲線中，橫軸表示閾電流密度Dth，縱軸表示將電流密度Dth＝100MA/m2時的發(fā)光效率作為1時的發(fā)光效率的相對值。由圖6中的曲線可知，如果取Dth的3倍以上的電流密度，則能確保相對值在0.66以上。
從以上的討論結果可知，在通過調制發(fā)光閘流晶體管的電流來設定光量的情況下，為了不降低發(fā)光效率而獲得規(guī)定的曝光能量，將電流密度D選定在以下范圍內即可3×Dth＜D＜100MA/m2。
(實施例2)在用發(fā)光閘流晶體管獲得多層次(例如256個層次)的曝光能量的情況下，如果只用電流值調制層次，則由于出現(xiàn)比3×Dth＜D＜100MA/m2的電流密度D的范圍更低的部分，所以發(fā)光效率下降。另外，在發(fā)光閘流晶體管中，I-L特性在小電流區(qū)域偏離直線，所以有必要參照修正數(shù)據(jù)，通過電流值的調制，多層次地調整曝光能量變得復雜。
為了避免這樣的問題，仍然是將電流密度D設定在發(fā)光閾電流密度Dth的3倍以上，通過調制發(fā)光時間來調整層次。另外，在通過調制發(fā)光時間進行的層次調整中不能充分地取得分辨率時，也可以調制電流值和發(fā)光時間兩者來調整層次。
在實施例1中，電流為40mA，發(fā)光時間為0.75μs。圖7中示出了仍為該發(fā)光時間，通過電流的調制進行了曝光能量的256個層次的調整時的層次電平和電流值。全部層次的平均電流為21.8mA。因此，消耗功率為0.75μs×21.8mA×k(常數(shù))。另一方面，如果經(jīng)常流過40mA，通過發(fā)光時間的調制來調整256個層次，則曝光能量與發(fā)光時間成正比，所以平均發(fā)光時間是最大發(fā)光時間的一半。因此，消耗功率為(0.75μs/2)×40mA×k(常數(shù))。因此，這些消耗功率的比為20/21.8＝0.92，用發(fā)光時間進行調制的方法比用電流值進行調制的方法，效率約高8％。
產(chǎn)業(yè)利用的可能性如果采用本發(fā)明，則在排列了發(fā)光閘流晶體管的陣列中，能實現(xiàn)不降低發(fā)光效率、獲得規(guī)定的曝光能量的設定光量的方法。
權利要求
1.一種光量設定方法，該方法是在排列了具有在低電流區(qū)發(fā)光效率低的電流-光輸出功率(I-L)特性的發(fā)光閘流晶體管的發(fā)光元件陣列中，為了獲得規(guī)定的曝光能量，設定上述發(fā)光閘流晶體管的光量的方法，其特征在于在將相當于電流密度50MA/m2的電流值的I-L特性曲線的切線與表示I-L特性的曲線的電流軸的切點處的電流值所相當?shù)碾娏髅芏榷x為發(fā)光閾電流密度Dth的情況下，流過發(fā)光閘流晶體管的電流密度D在3×Dth＜D＜100MA/m2的范圍內。
2.一種發(fā)光元件陣列的光量設定方法，該方法是在排列了具有在低電流區(qū)發(fā)光效率低的I-L特性的發(fā)光閘流晶體管的發(fā)光元件陣列中，為了獲得多層次的曝光能量，設定上述發(fā)光閘流晶體管的光量的方法，其特征在于在將相當于電流密度50MA/m2的電流值的I-L特性曲線的切線與表示I-L特性的曲線的電流軸的切點處的電流值所相當?shù)碾娏髅芏榷x為發(fā)光閾電流密度Dth的情況下，流過發(fā)光閘流晶體管的電流密度D在3×Dth＜D＜100MA/m2的范圍內，通過調制上述發(fā)光閘流晶體管的發(fā)光時間，調整曝光能量的層次。
3.一種發(fā)光元件陣列的光量設定方法，該方法是在裝配了具有在低電流區(qū)發(fā)光效率低的I-L特性的發(fā)光閘流晶體管的發(fā)光元件陣列中，為了獲得多層次的曝光能量，設定上述發(fā)光閘流晶體管的光量的方法，其特征在于在將相當于電流密度為50MA/m2的電流值的I-L特性曲線的切線與電流軸的切點處的電流值所相當?shù)碾娏髅芏榷x為發(fā)光閾電流密度Dth的情況下，流過發(fā)光閘流晶體管的電流密度D在3×Dth＜D＜100MA/m2的范圍內，通過調制上述發(fā)光閘流晶體管的電流值及發(fā)光時間，調整曝光能量的層次。
全文摘要
提供一種在排列了具有在低電流區(qū)發(fā)光效率低的I－L特性的發(fā)光閘流晶體管的陣列中,不降低發(fā)光效率,獲得規(guī)定的曝光能量的光量設定方法。為了獲得規(guī)定的曝光能量,在將相當于電流密度為50MA/m
文檔編號B41J2/45GK1358138SQ01800023
公開日2002年7月10日 申請日期2001年1月22日 優(yōu)先權日2000年1月31日
發(fā)明者大野誠治, 楠田幸久, 大塚俊介, 黑田靖尚, 有馬尊久, 齊藤英昭 申請人:日本板硝子株式會社