专利名称：发光元件阵列的光量设定方法
技术领域：
本发明涉及发光元件阵列的光量设定方法，特别是涉及配置了在低电流区具有发光效率低的电流-光特性的发光闸流晶体管的发光阵列的光量设定方法。
背景技术：
在激光打印机的光打印头中使用的发光元件阵列中，通常采用发光二极管(LED)。在这样的使用LED的发光元件阵列中，LED的排列间距由引线接合法的极限间距决定，极限为500dpi(位/英寸)，高密度地配置LED，不能提高发光元件阵列的分辨率。
为了解决这样的问题，本申请人设计出采用pnpn结构的三端发光闸流晶体管的发光元件阵列，已经获得专利(日本专利第2807910号)。另外，该申请的内容中包含该专利的内容。
如果采用与该专利有关的技术，则能将每n(n为2以上的整数)个发光闸流晶体管阵列作为一块，将各块的n个发光闸流晶体管的栅极个别地连接在n条布线上，而且将各块内的n个发光闸流晶体管的阳极或阴极共同连接在一个电极上。通过这样处理，能减少供给发光用的信号的电极数，所以能缩小发光元件的排列间距。
三端发光闸流晶体管的I-L(电流-光输出功率)特性不是通过直角坐标原点的直线。在图1中示出了发光部面积为20μm×20μm的三端发光闸流晶体管的I-L特性。横轴表示电流(mA)，纵轴表示光输出功率(μW)。I-L特性在大于10mA的区域，发光大致呈线性变化，但在5mA以下几乎不发光。因此，如果在小电流区使用发光闸流晶体管，则发光效率低，获得必要的曝光能量所需要的消费功率增大，结果光打印头的温升增大。
另一方面，如果发光闸流晶体管的发光部的电流密度增大，则由通电引起的光量下降极大。光量下降与通电时间大致成正比，相对于电流密度呈指数函数增加。图2中示出了由通电时间引起的光量变化。横轴表示时间(H)，纵轴表示从初始值算起的光量下降(％)。
图3表示使用图2中的曲线所示的结果，对通电时间达1000小时后的光量下降完成修正后的曲线。由图3可知，在电流密度为100MA/m2以下的情况下，1000小时后的光量下降为2％。另外，可知100MA/m2的电流密度位于通信用LED等中使用的上限，超过该上限的电流密度使得晶体缺陷激增。因此，流过发光闸流晶体管的电流密度最好在100MA/m2以下。另外，在发光部面积为20μm×20μm的三端发光闸流晶体管的情况下，如果电流密度为100MA/m2，则流过发光部的电流相当于40mA。
因此，有必要设定发光闸流晶体管的光量，以便不降低发光效率，获得规定的曝光能量。
发明概述本发明的目的在于提供一种在配置了I-L特性不是通过直角坐标原点的直线的发光元件、例如发光闸流晶体管的阵列中，不降低发光效率，获得规定的曝光能量的光量设定方法。
如果采用本发明，则在低电流区发光效率低的发光闸流晶体管中，将相当于电流密度为50MA/m2的电流值的I-L特性曲线的切线与表示I-L特性的曲线的电流轴的切点处的电流值所相当的电流密度定义为发光阈电流密度Dth。为了使发光闸流晶体管发光，获得规定的曝光能量，设定光量使流过发光闸流晶体管的电流密度D在3×Dth＜D＜100MA/m2的范围内。
另外，对曝光能量进行多层次调制时，选择上述的D值，通过调制发光闸流晶体管的发光时间，调整曝光能量，或者通过调制发光闸流晶体管的电流值及发光时间两方面，调整曝光能量。
附图简述图1是表示发光部面积为20μm×20μm的三端发光闸流晶体管的I-L特性的曲线。
图2是表示由发光闸流晶体管的通电时间引起的光量变化的曲线。
图3是表示发光闸流晶体管的通电时间为100H后光量下降的曲线。
图4是表示光打印头的结构图。
图5是表示发光效率的计算结果的曲线。
图6是表示计算了使阈电流值变化时效率怎样变化的的结果的曲线。
图7是表示通过电流调制进行了曝光能量的256个层次的调整时的层次电平和电流值的关系的曲线。
实施发明的最佳形态以下，参照
本发明的发光元件阵列的光量设定方法的
(实施例1)考虑使用具有图1所示的I-L特性的发光元件闸流晶体管阵列，做成光打印头时的电流及发光时间。另外，在以下的实施例中，使用发光部面积为20μm×20μm的发光闸流晶体管。
首先，简单地说明电子摄影打印机中使用的光打印头的结构。图4表示设置在感光滚筒10上的光打印头。光打印头由将发光闸流晶体管排列成一排构成的发光闸流晶体管阵列12、以及将棒形透镜装配起来构成的棒形透镜阵列14构成。棒形透镜阵列14配置成与感光滚筒10的切面大致垂直、且与感光滚筒的表面大致平行。另外，发光闸流晶体管阵列12配置为能使通过棒形透镜阵列14来自发光闸流晶体管阵列12的光入射到感光滚筒10上。
在电子摄影打印机中，进行两个层次记录时需必需的曝光能量为1～10mJ/m2左右。现在，假设必要的曝光能量为6mJ/m2，棒形透镜的耦合效率为4％，如果考虑600dpi(42.3μm间距)的图像，则发光元件每描绘1点的输出能量为270pJ。在每秒打印一张A3尺寸纸的情况下，打印一行所需要的时间大约为100μs。因此，发光元件的光输出功率必须为270pJ/100μs＝2.7μW。如果根据图1中的I-L特性，为了获得2.7μW的光输出功率，必须流过约2.7mA的电流。另一方面，如果假设流过相当于电流密度为100MA/m2的40mA的电流，则根据图1中的I-L特性，为了获得360μW的光输出功率，如果使发光时间为100μs×2.7μW/360μW＝0.75μs，则能获得与发光时间为100μs、2.7mA时相同的曝光能量。
其次，由于发光闸流晶体管的端子之间的电压几乎是一定的，与所供给的电流值无关，所以发光闸流晶体管的消耗功率与所供给的电流值成正比。因此，在发光闸流晶体管中消耗的能量与电流和发光时间的积成正比。即，与2.7mA时相比，40mA时为了获得相同的曝光能量所需要的消耗能量的比率为(40mA×0.75μs)/(2.7mA×100μs)＝1/9。由于消耗的能量直接变成热，所以与2.7mA时相比，40mA时头的温升能被抑制为约1/9。
这里，作为对发光闸流晶体管的寿命不成问题的最大电流值，虽然举出了40mA(相当于100MA/m2)的例子，但如果是比该值小、且能获得充分的发光效率的电流值，那么什么样的值都可以。
如果采用图1所示的发光闸流晶体管的I-L特性，则在10mA以上的区域，特性曲线大致变成直线。因此，可以考虑将电流密度100MA/m2的一半时的50MA/m2的切线L1(L＝aI+b)作为该I-L特性的一次近似式使用。但是，在该切线上L＜0的区域为L＝0。该切线L1与电流轴(纵轴)相切的点的值(发光阈电流Ith)为Ith＝-b/a。
其次，现在根据图1中的I-L特性，求出近似式L1时，a＝10μW/mA，b＝-40μW。这时，发光阈电流Ith＝4mA，发光阈电流密度Dth＝10MA/m2。图5中示出了该近似式L1、以及根据该近似式求得的发光效率E＝L/I的计算结果。另外，在该曲线中，实线表示近似式L1，虚线表示计算的发光效率E。与图5中的曲线相比，可知如果电流超过阈值Ith，则发光效率E急剧增大，达到Ith的3倍时，约为7μW/mA，出现到头的倾向。如果电流值无限大，则E＝10μW/mA，达到Ith的3倍时，能获得约为理想值的70％的发光效率。
其次，图6中的曲线给出了改变阈电流Ith的值时，发光效率怎样变化的计算结果。在该曲线中，横轴表示阈电流密度Dth，纵轴表示将电流密度Dth＝100MA/m2时的发光效率作为1时的发光效率的相对值。由图6中的曲线可知，如果取Dth的3倍以上的电流密度，则能确保相对值在0.66以上。
从以上的讨论结果可知，在通过调制发光闸流晶体管的电流来设定光量的情况下，为了不降低发光效率而获得规定的曝光能量，将电流密度D选定在以下范围内即可3×Dth＜D＜100MA/m2。
(实施例2)在用发光闸流晶体管获得多层次(例如256个层次)的曝光能量的情况下，如果只用电流值调制层次，则由于出现比3×Dth＜D＜100MA/m2的电流密度D的范围更低的部分，所以发光效率下降。另外，在发光闸流晶体管中，I-L特性在小电流区域偏离直线，所以有必要参照修正数据，通过电流值的调制，多层次地调整曝光能量变得复杂。
为了避免这样的问题，仍然是将电流密度D设定在发光阈电流密度Dth的3倍以上，通过调制发光时间来调整层次。另外，在通过调制发光时间进行的层次调整中不能充分地取得分辨率时，也可以调制电流值和发光时间两者来调整层次。
在实施例1中，电流为40mA，发光时间为0.75μs。图7中示出了仍为该发光时间，通过电流的调制进行了曝光能量的256个层次的调整时的层次电平和电流值。全部层次的平均电流为21.8mA。因此，消耗功率为0.75μs×21.8mA×k(常数)。另一方面，如果经常流过40mA，通过发光时间的调制来调整256个层次，则曝光能量与发光时间成正比，所以平均发光时间是最大发光时间的一半。因此，消耗功率为(0.75μs/2)×40mA×k(常数)。因此，这些消耗功率的比为20/21.8＝0.92，用发光时间进行调制的方法比用电流值进行调制的方法，效率约高8％。
产业利用的可能性如果采用本发明，则在排列了发光闸流晶体管的阵列中，能实现不降低发光效率、获得规定的曝光能量的设定光量的方法。
权利要求
1.一种光量设定方法，该方法是在排列了具有在低电流区发光效率低的电流-光输出功率(I-L)特性的发光闸流晶体管的发光元件阵列中，为了获得规定的曝光能量，设定上述发光闸流晶体管的光量的方法，其特征在于在将相当于电流密度50MA/m2的电流值的I-L特性曲线的切线与表示I-L特性的曲线的电流轴的切点处的电流值所相当的电流密度定义为发光阈电流密度Dth的情况下，流过发光闸流晶体管的电流密度D在3×Dth＜D＜100MA/m2的范围内。
2.一种发光元件阵列的光量设定方法，该方法是在排列了具有在低电流区发光效率低的I-L特性的发光闸流晶体管的发光元件阵列中，为了获得多层次的曝光能量，设定上述发光闸流晶体管的光量的方法，其特征在于在将相当于电流密度50MA/m2的电流值的I-L特性曲线的切线与表示I-L特性的曲线的电流轴的切点处的电流值所相当的电流密度定义为发光阈电流密度Dth的情况下，流过发光闸流晶体管的电流密度D在3×Dth＜D＜100MA/m2的范围内，通过调制上述发光闸流晶体管的发光时间，调整曝光能量的层次。
3.一种发光元件阵列的光量设定方法，该方法是在装配了具有在低电流区发光效率低的I-L特性的发光闸流晶体管的发光元件阵列中，为了获得多层次的曝光能量，设定上述发光闸流晶体管的光量的方法，其特征在于在将相当于电流密度为50MA/m2的电流值的I-L特性曲线的切线与电流轴的切点处的电流值所相当的电流密度定义为发光阈电流密度Dth的情况下，流过发光闸流晶体管的电流密度D在3×Dth＜D＜100MA/m2的范围内，通过调制上述发光闸流晶体管的电流值及发光时间，调整曝光能量的层次。
全文摘要
提供一种在排列了具有在低电流区发光效率低的I－L特性的发光闸流晶体管的阵列中,不降低发光效率,获得规定的曝光能量的光量设定方法。为了获得规定的曝光能量,在将相当于电流密度为50MA/m
文档编号B41J2/45GK1358138SQ01800023
公开日2002年7月10日 申请日期2001年1月22日 优先权日2000年1月31日
发明者大野诚治, 楠田幸久, 大塚俊介, 黑田靖尚, 有马尊久, 齐藤英昭 申请人:日本板硝子株式会社