DE1537138A1 - Lichtemittierende Fes?koerpersichteinrichtung mit Speicherwirkung - Google Patents

Description

i)r.-u·. -..-iiuolra Rcicnel

Fian^furi/Main-1
Pcuksijaße 13

5260

General Electric Company, Schenectady N.Y./USA

Lichtemittierende Pestkörpersichteinrichtung mit Speicherwirkung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Festkörpersichteinrichtungen. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer neuen Sichteinrichtung, die eine Anordnung aus lichtemittierenden Festkörperelementen enthält, deren Lichtabgabe einzeln entsprechend einem elektrischen Nachrichtensignal oder etwas ähnlichem gesteuert wird.

Pestkörpersichteinrichtungen, die eine Anordnung aus lichtemittierenden Elementen enthalten, welche Lichtbilder Punkt für Punkt erzeugen, sind gut bekannt. Der hervorragende Vorteil dieser Sichteinrichtungen besteht darin, daß sie nur geringe Energiemengen erfordern und als Mikroelektronikschaltungen hergestellt werden können. Gemäß dem Stand der Technik wurden PestkörperBichteinriehtungen als Lichtbildverstärker, Bildwandler und, oder Spelxhervorrichtungen verwendet. Bei diesen Anwendungen wird jeder der Lichtemitter einzeln mit einer photoempfindlichen Vorrichtung verbunden, welche zusammen auf ein gegebenes zugeführtes Lichtbild ansprechen, wobei die Lichtemitter durch die photoempfindlichen Vorrichtungen gesteuert werden, damit eine Lichtabgabe erzeugt wird, die dem zugeführten Lichtbild entspricht. Eine Speicherung des dargestellten Bildes kann durch eine Lichtrückkopplung von den lichtemittierenden Elementen zu den zugehörigen photoempfindlichen Elementen erreicht werden.

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Bei einem weiterei' Anwendungabeispiel wird ein kodiertes Lichtsignal, beispielsweise von einer Sohsltoinheit am elektroluminiszisrenden Zellen da?,u verwendet» die ph^toorapfindliche Vorrichtung durch eine Dekodiermnske zu. betätigen, um eine alphanumerische "Darstellung vorzusehen,

Die oben besohrefioenön Einrichtungen können zur Darstellung oder Speicherimg von. zugeführter Lieht in format ion oder in begrenzter Form von elektrische ν In for isation verwendet werden, Ea läßt sioh ,jedoch damit keine gesteuerte Matrixoiohteinrichtung schaffen, wie trie für i'ernsehbilusichteinrichtungen oder vergleichbare Rechenautomaten loht einrichtungen notwendig wiiren, ils gstLiisrte M !t?:i:<3ir.ht"e inrichTungen wird eine Sinhteinrichct^ig 1-ezeioimet, bei der der Emissionezuatand feiles lichtemii.t χ er enden Ej.ementes wahlweise durch zwei cirig^£iiigBaxgr)3Ie gesteuert werden k^im, die gewöhnlich suf A-l'»Be2ei,.-hr.ui!;/ dienen, una bei wfCohor die lichtemittierenaen tleraenie normalerweise in einer ;;c;-fl--:in-Z-i'ilen-Anordnung angeoranev aiiid, wenn eie yuch nlch·: iiotv/endigerweise yuf öο'.·,ΐύ\ t-iue einheitliehe Anordnung begrenzt sind. Der Einbau von elekiroluiriiii Gierend en Ά?-ν vivgl^-J.ohbnr^n Doratellungaeleroenten lür sieb in einer Matrix-Anordnung, bei der die bekannten V/ertotoffe ur.ö Tenh^ik---: verwendet v/erd^a-. hat 2;u vielen bckv/ierigkeiten gefuhrt; Die üohwellwerteigenaohaften dieser Elemente aina verhältnismäßig schlecht, so daß ein Nebensprechen nur se-.rrwlcr:-.g "»ersiiiieden werden kann. Außerdem besteht ohne Speiv-hertfirkung eine beträchtliche Helligkeitsbegrenzung. Ferner bestehen relativ hohe Anforderungen an die Leistung und eiiie entsprechende Geschwindigkeitsbegrenzung.

Um diese oben erwähnten Schwierigkeiten r:r umgehen, wurden beim Versuch, eine gesteuerte Matrixsiel,«einrichtung zu schaf fen, die Darstellungselemente in elektrischen Schaltungen mit

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verschiedenen Steuerelementen verwendet. Keiner dieser Versuche war jedoch vollständig zufriedenstellend. Es wurden beispielsweise ferroelektrische-elektroluminiszierende Sichteinrichtungen entwickelt. Diese erfordern jedoch äußerst komplizierte elektronische Schaltungen en jeder Matrixkreuzung. Außerdem benötigen sie für eine Speicherwirkung große Leistungen und sprechen nur relativ langsam an. Bei einer anderen kUrzlichen Entwicklung wurden piezoelektrische Elemente für gesteuerte elektroluminiezierende Anordnungen verwendet. Es ist jedoch dabei keine Speicherwirkung vorgesehen, und die maximale Helligkeit dieser Sichteinrichtung i3t folglich begrenzt.

Gemäß der Erfindung werden mehrere lichtemittierende Dioden in einer Matrixanordnung verbunden, deren Lichtausgang mit der photoempfindlichen Vorrichtung der Sichteinrichtung verbunden ist, damit deren Ausgang als Punktion der elektrischen Signale gesteuert wird, die der Diodenmatrix zugeführt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die lichtemittierenden Dioden verzugsweise PSIN-Elemente, die eine negative Widerstands-Kennlinle heben und die ohne weiteres im bistabilen Schaltbetrieb betätigt werden können. Elektrische Signale werden durch Ansteuerungsschaltungen den HiIen- und Spaltenleitern zugeführt, die mit den entgegengesetzten Seiten der PSIN-Diodenelemente zum wahlweisen Schalten des Impedanzzustandes dieser Elemente verbunden Bind. Pur jedes PSIN-Diodenelement ist ein entsprechendes lichtemittierendes Darstellungselement und ein zugehöriges photoempfindliches Element der Sichtanordnung vorgesehen, die in Paaren an eine Spennungsquelle angeschlossen sind, und in einer Zeilen-Spalten-Anordnung angeordnet ;π.ηο.«, "Die photo-

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empfindlichen Elemente befinden sich normalerweise im .Zustand großer Impedanz, damit ihre zugehörigen Darstellungselemente in den Zustand "aus" geschaltet werden. Bei Erregung des Ausganges der entsprechenden Diodenelemente der PSIN-Biodenmatrix werden die Impedanzen der photoempfindlichen Elemente vermindert, so daß die Darstellungselemente in den Zustand "ein" geschaltet werden.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der ßr£indung kann ein ™ einziges PSIN-Diodenelement optisch mit mehreren photoempfindlichen Elementen gekoppelt werden, wodurch dabei keine kritische physikalische Ausrichtung zwischen den Elementen der Diodenmatrix und den Elementen der Sichtanordnung vorgenommen werden muß.

Gemäß noch einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird eine Vielfachpegelwirkung dadurch erreicht, daß mehrere PSIN-Diodenelemente optisch mit einem einzigen photo- , empfindlichen Element gekoppelt werden, wodurch man einen Bereich von Niederimpedanzpegeln erhält, wodurch Grauekalenwerte in der Siohteinrichtung vorgesehen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben· Dabei zeigen?

Pig. 1 ein schematisches Blocksehaltbild einer lichtemittierenden Pestkörpersichteinrichtung gemäß der Erfindung,

Pig, 2 eine schematische Darstellung der Schaltungsverbindungen der lichtemittierende!·) Diodenmatrixschaltung nach Pig. 1 ,

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Pig. 3 eine Kurve, die die Spannungs-Stromkennlinie für typische PSIN-Dioden darstellt, die bei der Matrix nach Pig. 2 verwendet werden können,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Schaltungsverbindungen der liohtemittierenden photoempfindlichen Anordnung nach Fig. 1,

Pig. 5 eine schematische Darstellung einer abgewandelten AusfUhrungsform der optisohen Kopplung der dargestellten Festkörpersiohteinriohtung verwendet werden kann,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten abgewandelten AusfUhrungsform der optischen Kopplung, die bei der beschriebenen Pestkörpersichteinrichtung verwendet werden kann,

Pig. 7 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Schichtenaufbaue, der bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendet wird,

Pig. 8A, 8B und 8C Ansichten der vorderen bzw. hinteren Fläche und einen Schnitt durch den PSIN-Diodenmatrixaufbau,

Fig. 9A und 9B eine Ansicht bzw. einen Schnitt eher photoempfindlichen Schicht des Aufbaus nach Fig. 7 und

Fig. 1OA und 1OB eine Ansicht bzw. ein Schnitt dee elektroluminiszierenden Schichten -Aufbaua nach Fig. 7.

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In Pig. 1 ist ein grundsätzliches Blockschaltbild einer lichtemittierenden Pestkörpersichteinrichtung dargestellt. Die Sichteinrichtung enthält eine Matrixschaltung 1 mit lichtemittierenden Dioden, die wahlweise durch elektrische Eingangssignale erregt werden, damit eine Lichtausgangsenergie erzeugt wird, die sich im sichtbaren Teil des Spektrums befinden kann oder auch nicht. Jede Diode kann in Bezug auf das erzeugte Ausgangslichtbild als punktförmige | Quelle wirken. Eine Anordnung 2 aus lichtemittierendenphotoempfindlichen Elementen spricht auf die Lichtabgabe der Matrixschaltung 1 an, damit eine relativ helle sichtbare Darstellung gesteuert vorgesehen werden kann. Vorzugsweise weist jedes Diodenelement eine Speicherwirkung auf, so daß die zugeführe Nachricht und die sich ergebende Darstellung gespeichert werden können. Mit der dargestellten Sichteinrichtung kann man Darstellungen von Fernsehbildern , Rechenautoma ten,- Sichtanzeigen und ähnliche Anzeigten erhalten, wobei jedes Darstelluhgselement wahlweise entsprechend einem gegebenen Eingangssignal oder gegebenen Eingangssignalen gesteuert wird.

Wie man bei der elektrischen Schaltung nach Fig. 2 sieht, enthält ein Ausführungsbeispiel der Matrixschaltung 1 eine Matrix 8 aus lichtemittierenden Dioden 9» vorzugsweise PSIN-Dioden, und eine Ansteuerungsschaltung 10. Die Dioden 9 sind in einer Spalten-Zeilen-Anordnung angeordnet und sind an Kreuzungspunkten von Spaltenleitern 11, 12 und 13 und Zeilenleitern H, 15 und 16 verbunden. Mit jeder dieser Dioden ist ein Strombegrenzungswiderstand 17 in Reihe geschaltet. Die PSIN-Dioden sind so verbunden, daß sie Strom von den Spaltenleitern durch die Widerstände zu ien Zeilenleitern

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fuhren. Die Dioden 9 haben eine negative Widerstands-Kennlinie und sind so ausgebildet, daß sie eine bistabile Arbeitsweise

e-inen aufweisen, wobei sie einen stabilen Zustand großer und/ geringer Impedanz haben. Die Dioden emittieren in ihrem Zustand geringer Impedanz Licht. Wenn auch wegen einer einfacheren Darstellung nur eine begrenzte Anzahl von Dioden dargestellt ist, so können natürlich für eine vollständige Anzeigeeinrichtung in der Größenordnung von einigen hundert bis einigen tausend Dioden verwendet werden.

Die Ansteuerungsschaltung 10 wird dazu verwendet, die Wirkungsweise der einzelnen Dioden 9 wahlweise zu steuern. Die Ansteuerungsschaltung 10 enthält eine erste Gruppe von Transistordioden-Torschaltungen 20, 21 und 22, die mit den Spaltenleitern 11, 12 bzw. 13 verbunden sind und eine zweite Gruppe vcn Transistordioden-Torschaltungen 23, 24 und 25, die mit dem Zeilenleitern H, 15 bzw. 16 verbunden sind. Die Transistor-Dioden-Torschaltungen sind mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, die als mehrfach angezapfte Betterie 2b dargestellt ist, welche eine positive Ausgangsklemme 27, eine negative Ausgangsklemme 28 und Mittelanzapfungsklemmen 29, 30, 31 und aufweist. Die Anzapfungsklemme 30 ist mit Masse verbunden. In positiver Richtung ist die Spannung zwischen den Klemmen 31 und 30 mit V_Q bezeichnet, die Spannung zwischen den Klemmen 32 und 31 mit V, und die Spannung zwischen den Klemmen 27 und 32 mit V . In negativer Richtung ist die Spannung zwischen den Klemmen 29 und 30 V-, und die Spannung zwischen den Klemmen 28 und 29 mit V bezeichnet. Es werden

verschiedene Spannungspegel wahlweise mit der Ansteuerungsschaltung 10 verbunden, um ausgewählte Dioden 9 entsprechend den zugeführten Eingangssignalen anzusteuern.

Die Klemmen 31, 32 und 27 werden wahlweise über die Spalten-Transistor-Dioden-Torschaltungen 20, 21 uad 22 mit den

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Spaltenleitern 11, 12 und 13 verbunden. Die Klemmen 30, 29 und 28 sind in ähnlicher V/eise über die Zeüen-Transistor-Dioden-Torschaltungen 23, 24 und 25 mit den Zeilenleitern 14, 1 5 und "16 verbunden. Die Spalten-Transistor-Dioden -Torschaltungen sind identisch und die Zeilen-Transisbr-Dioden-Torechaltungen sind identisch. Jede Torschaltung enthält drei Schaltwege, deren Wirkungsweise durch einen Generator 33,für logische EingangsSignaIe gesteuot wird. Der Generator, der ein bekanntes wachsendes logisches Bauteil,eine Schieberegisterlogikanordnung oder ein anderes bekanntes logisches B.uteil | sein kann, gibt, zweckmäßigerweise Binärsignale in der Form von Signalen "1" und "0" ab, um die Transistoren ein- bzw. abzuschalten. Da die Spalten-Torschaltungen PNP-Transistoren enthalten und die Zeilen-Torschaltungen NPN-Transistoren enthalten, haaren die zugeführten Steuersignale entgegengesetzte Polarität.

In den ersten Pfad der Torschaltung 20 , der sich zwischen der Batterieklemme 31 und dem Speltenleiter 11 befindet, ist eine einzige BN-Signaldiode 34 geschaltet, deren Ketotie mit dem Leiter 11 und deren Anode mit der Klemme 31 verbunden ist. Der zweite Pfad der Torschaltung 20 verbindet den Leiter 11 mit der Klemme 32 und enthält eine PN-Signaldiode ) 35 und einen PNP-Transistor 36; der als Schalter arbeitet, welcher entweder gesättigt oder abgeschaltet ist. Die Katode der Diode 35 ist mit dem Leiter 11 verbunden, die Anode ist mit dem Kollektor 36 und dessen Emitter mit der Klemme 32 verbunden. Die Basiselektrode ist mit dem Generator 35 verbunden und ist im Ruhezustand mit einem Signal "1" vorgespannt, damit der Transistor leitet. Der dritte Pfad verbindet den Leiter 11 mit der Batterieklemme 27 und enthält einen PNP-Schalttransistor 3?, dessen Kollektor

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mlt dem Leiter 11 und dessen Emitter mit der Klemme 27 .verbunden ist. Sie Basiselektrode ist mit dem Generator 33 verbunden und es wird ihr entweder eine "1" oder eine ^w0" zugeführt. Wenn eine ⁿ1? dem Transistor 36 und eine "0" dem Transistor 37 oder ein logischer Eingang "1, 0" zugeführt wird, dann wird der zweite Pfad leitend, wodurch die Klemme 32 dem Leiter 11 verbunden wird. Wenn eine "O" den Transistoren 36 und 37 oder ein logischer Eingang "0,0" zugeführt wird, so daß beide Transistoren sperren, dann wird eine leitende Verbindung durch den ersten Pfad über die Diode 34 hergestellt, so daß die Klemme 31 mit dem Leiter 11 verbunden wird. Bei einem logischen Eingang "1,1" oder "0,1" wird der dritte Pfad leitend, so daß die Klemme 27 mit dem Leiter 11 verbunden wird. Die Torschaltungen 21 und 22 sind in ähnlicher Weise geschaltet und werden in ähnlicher Weise betätigt.

In der Transistor-Diodentorsohaltung 23 befindet sich der erste Pfad zwischen dem Zeilenleiter 14- und der geerdeten Klemme 30. Dieser Pfad enthält eine PN-Signaldiode 33, deren Anode mit dem Leiter 14 und deren Katode mit der Klemme 30 verbunden ist. Der zweite Pfad verbindet den Leiter 14 mit der Klemme 29 und enthält eine PN-Signaldiode 39 und einen HPF-SchaIttransistor 40, xtbei die Anode der Diode 39 mit dem Leiter 14, die Katode mit dem Kollektor des Transistors 40 und dessen Emitter mit der Klemme 29 verbunden ist. Die Basis des Transistors 40 ist mit dem Generator 33 für logische Eingangssignale verbunden. Der dritte Pfad verbindet den Leiter 14 mit der Klemme 28 und enthält einen NPJT-Scha It traneist or 41, dessen Kollektor mit dem Leiter 14 , dessen Emitter mit der Klemme 28 und dessen Basis mit dem Generator 33 verbunden ist. Die

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Torsohaltungen 24 und 25 verbinden in ähnlicher Weise die Zeilenleiter 15 bzw. 16 mit den Klemmen 28, 29 und Die Reihen-Transistor-Dioden-Torschaltungen weisen die gleiche Arbeitsweise auf, wie sie bei den Spalten-Transistor-Dioden-Torschaltungen beschrieben wurde .

Es wird die Arbeitsweise der Schaltung nach Pig. 2 betrachtet und auf Pig. 3 Bezug genommen, in welcher die Spannung -Stromkennlinie für typische PSIN-Dioden dargestellt ist, die sich zur Verwendung in der Schaltung

" nach Pig. 2 eignen. Ee sind auch fünf Belastungskennlinien 101, 102, 103, 104 und 105 dargestellt, die für verschiedene zugeführte Spannungen V^, V^» V, , V. bzw. VV gelten, wenn man annimmt, daß die Lastimpedanz konstant ist, die vor allem durch den Widerstand 17 nach Fig. 2 gegeben ist. Pur die Spannungen V- und V,- ergibt sich eine monostabile Arbeitsweise bei den Arbeitspunkten f bzw. g in dem Zustand großer Impedanz und dem Zustand geringer Impedanz. Die Spannungen Vp» V, und V, ergeben bistabile Arbeitsweise an den Punkten h, i und ;) in den Zustand großer Impedax und bei den Funkten k, 1 und m in den Zustand hoher Impedanz. Aus dieser Figur sieht man, daß dann, wenn die Diode in den Zustand hoher Impedanz im Punkt i bei der Spannung V, vorgespannt iefc, ein Umschalten der Spannung auf den Wert V^ ihren Zustand nicht ändert, wohingegen ein Umschalten der Spannung auf den Wert V₅, wobei die Spitzenspannung der Kennlinie überschritten wird, den Arbeitspunkt zu dem Punkt g verschiebt, und dadurch die Diode in den Zustand geringer Impedanz bringt« Wenn sich in entsprechender Weise die Diode in den Zustand geringer Impedanz bei dem Punkt 1 bei der Spannung Y, befindet, dann ändert eine Verschiebung der

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Spannung auf den Wert Vp nicht den Zustand der Impedanz, wohingegen eine Veränderung der Spannung auf den Wert V., der unter dem Wert der minimalen Spannung der Kennlinie liegt, die Diode in ihren Zustand hoher Impedanz bei dem Arbeitspunkt f umschaltet.

Typische Spitzenspannungen betragen 10 bis 20 Volt; typische minimale Spannungen betragen 3 bis 6 Volt; typische Wechselspannungen, die der Spannung V, entsprechen, betragen 8 bis 15 Volt. Pur eine Lastimpedanz von etwa 1 Kilo-Ohm hat der Strom bei geringer Impedanz eine Größenordnung von 3-7 mA und der Strom bei hoher Impedanz eine Größenordnung von einigen Mikro-Ampere. Pur Schaltspannungen, die etwa 30 i° größer als die Spitzenspannung sind, kann man Schaltzeiten von 0,1 MikroSekunden erhalten.

Wenn man nun die Arbeitsweise von Figur 2 betrachtet, wobei die Dioden zu Anfang nicht angestaiert werden, dann wird, wenn in jeder Spalten- und Reihen-Transistordioden-Torschaltung der zweite Pfad allein leitend gemacht wird, der normale Vorspannungs- oder Ruhezustand in jeder der PSIN-Dioden erreicht. Dies wird dadurch erreicht, daß ein logischer Eingang "1,0" allen Spalten- und Reihentransistor-Diodentor schaltungen zugeführt wird, d.h. daß das Steuersignal "1" den Transistoren in dem zweiten Pfad und das Steuersignal ¹¹O" den Transistoren in dem dritten Pfad zugeführt wird. In jeder Torschaltung wird eine Leitung durch die Signaldiode in dem ersten Pfad verhindert. Dementsprechend wird im Ruhezustand jeder PSIN-Diode eine Spannung V + V^ + V, zugeführt. Da diese Summe gleich der Spannung V, in Pig. 3 ist, entspricht der normal vorgespannte Arbeitspunkt für den Dunkelzustand den Punkt i, wobei die Dioden bei diesem

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kein Licht emittieren. Um eine bestimmte Diode auf "ein" zu schalten und dadurch eine Emission von Licht hervorzurufen, wodurch der SCHREIB-Betrieb erreicht wird, wird auch .ein logisches Eingangssignal "1,1" einem Paar der Spglten- und Reihentorschaltungen zugeführt, die mit den Spalten- und Reihenleitern verbunden sind, mit denen die bestimmte Diode verb-undent Wenn auch bei diesem Zustand der Transistor des zweiten Pfades so vorgespannt ist, daß er leitet, wird daran durch das Leiten des Transistors in dem dritten Pfad verhindert. Folglich wird während des SCHREIB-Betriebs eine Spannung Y_g + Y^ + V + V^ + V_e einer PSIN -Diode zugeführt, wodurch eine Lichtemission hervorgerufen wird.Wem diese Spannungssumme gleich VV in Pig. 3 ist, dann wird der Arbeitspunkt der bestimmten Diode augenblicklich auf den Punkt g umschalten. Beim Entfernen des SCHREIB-Eingangssignales wird die Leitfähigkeit in der Transistordioden-Torschaltung wieder auf den zweiten Pfad übergehen und der Arbeitspunkt sich zu dem Punkt 1 bewegen. Dies entspricht dem Lichtabgaberuhezustand. Die Diode wird in dem Zustand niedriger Impedanz bleiben, _f bis sie in den Zustand hoher Impedanz zurückgeschaltet wird, wie im folgenden ausgeführt wird.

Wenn eine bestimmte Diode von ihrem Zustand hoher Impedanz in ihren Zustand niedriger Impedanz umgeschaltet wird, wie es weiter oben beschrieben wurde, dann wird den Dioden, die mit dem gleichen Zeilen- und Spaltenleitern verbunden sind, wie die bestimmte Diode, die halbe ausgewählte Spannung zugeführt, welche nicht ausreicht, daß dadurch ihr Zustand umgescheltet wird. Beispielsweise wird den Dioden in derselben Spalte wie der bestimmten Diode eine Spannung ^v _a + \ + ^v _c + ^va zugeführt. Wenn man annimmt,

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daß diese Suamenspannung der Spannung V. in Pig. 3 entspricht, sieht man, daß der Arbeltspunkt augenblicklich zu den Punkt .j umschaltet, sich jedoch laser noch in dem Zustand hoher Impedanz befindet. Entsprechend 1st die Spannung, die den Dioden in einer Zeile, wie der gegebenen Diode zugeführt wird, gleich V_a + V_fe +V^ + V₆, welche auch der Spannung Va entsprechen soll. Xs sei nooh bemerkt, daß diejenigen Dioden, die alt der btetiaaten Diode in einer Spalte oder Zeile liegen, und die sich schon in den Zustand "ein" befinden, in diesem Zustand bleiben, wobei sich der Arbeitspunkt nur augenblicklich von dem Punkt 1 zu dem Punkt m verschiebt.

Um d„e bestirnte Diode in den Zustand hoher Impedanz oder "aus" zu schalten, wobei der LÖSCH-Betrieb ausgeführt wird, wird ein logisches lingangssignal "0,0" einer Spalten-Torschaltung und einer Reihen-Toreehaltung zugeführt, welche mit de« Spaltenleiter und Reihenleiter verbunden sind, die durch diese bestimmte Diode verbunden werden. Dadurch können die Dioden im ersten Pfad dieser Toraohaltungen nun leiten und es wird daduroh eine Spannung V der bestimmten Diode zugeführt. Wenn man annimmt, daß die Spannung V der Spannung V₁ in Fig. 3 entspricht, dann wird der Arbeitepunkt von dem Punkt 1 zu dem Punkt f umgeschaltet. Wenn das LOSCH-Eingangssignal abgeschaltet wird, dann wird der Transistor der zweiten Pfade in den entsprechenden Spalten- und Zeilentoreehaltungen wieder leitend und der Arbeitepunkt kehrt In den Dunkelruhezustand des Punktes 1 zurück. Alle PSII-Diöden in der Spalte oder Zeile alt der bestiaaten Diode, die sich in dem Zustand "ein" befinden, bleiben in dieaea Zustand, da die an sie angelegte Spannung entweder V + V. oder V + V. ist, wobei beide diese Spannungen der halben Auswahlspannung V« in Fig.3

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entsprechen. Bei diesen Dioden wird der Arbeitepunkt während des vorübergehenden Steuersignales von dem Punkt 1 zu dem Punkt k verschoben.

Durch ein geeignetes Zuführen der Steuersignale des Generators 33 zu den verschiedenen Spalten- und Zeilen-Transistor-Dioden-Torschaltungen wird der Betrieb "ein - aus" der einzeln PSIN «Dioden der Diodenmatrix erreicht. Es ist bekannt} daß die Steuersignale ohne weiteres mit Geschwindigkeiten erzeugt werden können, die größer sind als einige MHz, was sich mit dem Fernsehbetrieb vergleichen läßt.

In fig. 4 ist ein schematisehe· Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsverbindungen für eine lichtemittierende photoempfindliche Anordnung 2 nach Iig.1 dargestellt. Die Schaltung enthält mehrere tMctrcluminlszierende Elemente 60, die in einer Spalten-Zeilenanordnung dargestellt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht ein elektroluminiszierendes Element 60 jeder PSIN-Diode 9 der lichtemittierenden Matrix in Pig. 2. Mit jedem elektroluminiszierenden Element ist ein photoleitendes Eiaent 61 in Reihe geschaltet, wodurch ein elektroluminiszierendes-photoleitendes Paar entsteht, wobei die photoleitenden Elemente jedes elektroluminiszierenden-photoleitenden Paares optisch mit den entsprechenden PSII-Diodtn nach FIg* 2 gekoppelt sind, wie es durch die optischen P&ile angedeutet ist , die jeweils den Dioden 9 und den photoltitenden Elementen 61 zugeordnet sind, für eine richtige Arbeitsweise dieser Sichteinrichtung ist es wichtig, daß im wesentlichen keine optische Kopplung zwischen den tlektrolualnlszierenden und den photoleitenden Elementen der Sichtanordnung besteht,

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so daß die photoleitenJen Elemente nur durch die Diodenmatrix gesteuert werden. Die elektroluminiszierenden-photolcitenden Paare sind zu einer Wechselspannungequellc 62 parallel geschaltet. Pur einen Dunkelzustand der photoleitenden Elemente, bei dem sie sich im Zustand hoher Impedanz befinden, reicht die Spannung, die an die zugehörigen elektroluminiszierenden Elemente gelegt wird, nicht aus, daß sie luminiszierend werden. Entsprechend der Belichtung derpJbotoleitenden Elemente durch das von PSIN-Dioden eingekoppelte Licht, wodurch ihre Impedanz abnimmt, tritt an den zugehörigen elektioluminiszierenden Elementen eine genügend große Spannung auf, die eine Lichtemission hervorruft. Dementsprechend ist durch die Anordnung 2 eine Bilddarstellung gegeben, die der Lichtemission der lichtemittierenden Matrixachaltung 1 entspricht, wobei die Bilddarstellung sowohl sichtbar als auch relativ hell ist.

Die Wechselspannung 62 beträgt in einem typischen Fall 180 Volt bei einer Frequenz von einem KHz. Die photoleitenden Elemente können beispielsweise aus aktiviertem Gadmiumselenid oder Cadmiumsulfoselenid hergestellt sein, und die elektroluminiszierenden Elemente können aus aktiviertem Zinksulfid hergestellt sein. Die normale Quantenverstärkung für photoleitende Elemente aus Cadmiumselenid beträgt 1000 bis 2000, wenn sie von einer PSIN-Liehtquelle bestrahlt werden. Außerdem wurde eine Photonverstärkung der Sichteinrichtung in der Größenordnung von 10 bis 100 gefunden. Die Ansprechzeit der elektroluminiszierenden-photoleitenden Paare für eine Änderung zwischen dem Lichtzustand und dein Dunkelzustand geht so rasch vor sich, daß sie für das Auge augenblicklich erscheint.

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Die oben erwähnte hohe Quantenverstärkung und die Photonenverstärkung ist dadurch bedingt, daß die Speicher- und Steuerfunktion von den Daretellungselementen geiaennt ißt. ■Die photoleitenden Elemente können in ihrem günstigsten Betrieb, d.h. als Quantenverstärkerelemente verwendet werden, da sie keine Schaltfunktion ausführen müssen. In ähnlicher Weise wirken die elektroluminiszierenden Elemente nur als Lichtemitterelemente und bilden einen Teil einer bistabilen oder Einschnappschaltung. Außerdem ist eine größere Freiheit der Erregerspannung und -Frequenz gegeben als bei dem " Fall, bei dem die Steuerschaltung mit der Darstellungsschaltung elektrisch eine Einheit bildet.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte optische Kopplung zwischen der Diodenmatrix und der Darstellungsanordnung dargestellt. Wie man sieht, ist das Ausgangslicht einer einzigen lichtemittierenden Diode 9¹ mit mehreren photoempfindlichen Elementen 61' verkoppelt. Bei einer solchen Anordnung ist es nicht notwendig, eine genaue Ausrichtung zwischen den Matrixelementen und den Elementen der Sichtanordnung vorzusehen.

In Fig. 6 ist eine weitere abgewandelte optische Kopplung zwischen mehreren Dioden 9¹¹ und einem einzigen photoempfindlichen Element 61 * * dargestellt, wodurch ein Betrieb mit vielen Pegeln und eine Sichteinrichtung mit einer Grauskala ermöglicht wird. Der Zustand niedriger Impedanz des Elementes 61'' kann über einen Bereich von Werten gesteuert we-den, dadurch, daß wahlweise eine oder mehrere der Dioden 9'' aufleuchten, um dementsprechend die Intensität des von dem elektroluminiszierenden Element 60'' emittierten Lichtes zu steuern.

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Wenn auch eine direkte Lichtkopplung , wie sie dargestellt ist, sich für viele Anwendungen als befriedigend erweist, so kann auch in den optischen Weg der Diodenmatrix und der Sichtanordnung bei allen Ausführungsbeispielen ein bekanntes Linsensystem oder eine Vorrichtung aus optischen Fibern eingefügt werden, um den Wirkungsgrad der Lichtkopplung zu verbessern und um ungewünschte Verkopplungen zu vermeiden.

Die beschriebene Pestkörpersichteinrichtung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Schichtenanordnung aufgebaut, wie es in der vergrößerten perspektivischen Ansicht nach Fi₁^. 7 dargestellt ist. Der Schichtenaufbau enthält eine Schicht 70, der der PSIN-Diodenmatrix entspricht, eine Schicht 71 zu.^% Anordnung der photoleitfähigen Elemente und eine Schicht 72 zur Anordnung der elektroluminiszierenden Elemente. Bei dem dargestellten Ausführun^sbeispiel sind die Schichten mit den elektroluminiszierenden uid photoleitenden Elementen zusammengebaut und mit der PSIN-Diodenmatrix durch eine Steckverbindung zusammengesetzt, wodurch die PSIN-Dioden mit den fertig angeordneten elektr~luminiszierenden-photoleitenden Paaren ausgerichtet werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Diodenmatrix von der Sichtanordnung getrennt angeordnet. Die Diodenmatrix enthält, wie man sieht, mehrere Spaltenleiter 73 und Zeilenleiter 74, wobei die Zeilenleiter mit der einen Seite der PSIH-Elemente 75 verbunden sind. Mit den leitenden Teilen der Schichten alt dem elektroluminiszierenden und photoleitenden Elemente -twlxtfu eine W_echselspannungsquelle'Verbunden, deren Verbindungen deutlicher in Fig. 9 A und 1OA dargestellt sind.

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In den Pig. 8A und 8B sind Aneichten der vorderen und hinteren Oberfläche der PSIN-Diodennatrixscbicht 70 und in Pig. 8C ein Schnitt längs der Linie 8c-8c dargestellt. Wie man in dem Schnitt nach Pig. 8C sieht, werden die Dioden aus einer Platte 80 aus Halbleiterwerkstoff hergestellt, für welche insbesondere Galliumarsenid oder gemischte Kristalle aus Galliumarsenid und Phosphorverbindung hergestellt sind. Pur jede Diode wird eine legierte n-Zone 81 auf der Rückseite der Platte 80 gebildet. Ein ohmscher Kontakt 82 wird mit der legierten η-Zone verbunden. Wie man in der Ansicht nach Pig. 8B der Rückseite sieht, ist die legierte η-Zone jedes Diodenelementes elektrisch mit einem geroeinsamen Zeilenleiter 74 über einen Widerstand 83 verbunden. Die Widerstände 83, die insbesondere Niehromwiderstände sein können, und die Zeilenleiter, sind auf die Oberfläche der Platte durch eines der bekannten Verfahren aufgedampft.

Wie man in Pig. 8C sieht, besitzt die Vorderfläche der Platte 80 eine dünne diffundierte p-Zone 84. Gemäß Pig, 8A sind die diffundierten p-Zonen auf der Plattenoberfläche in Streifen ausgebildet, wobei jeder Streifen zu mehreren Dioden einer Spalte gehört. Jeder diffundierte p-Streifen ist mit einem ohmschen Kontakt 85 verbunden, der mit den Leitern 73 verbunden ist. Die diffundierten p-Streifen können dadurch hergestellt sein, daß ein Diffusionsvorgang durch eine S₁O₂-MaSkC ausgeführt wird. Der hohe spezifische Widerstand des Halbleiterwerketoffee, beiepiels-

7 8 weise in der Größenordnung von 10 - 10 0hm * cm für Galliumarsenid, ergibt eine gute elektrische Isolation zwischen den PSIN-Diodeneleaenten.

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Wenn man noch einmal die Kennlinie eines typischen Galliumarsenid-PSIN-Diodenelementes "betiBchtet, wie es in einer Sichteinrichtung verwendet worden ist, und wenn man sich wieder auf Pig. 3 bezieht, dann sieht man, daß bei positiver Vorspannung der Wert der hohen Impedanz in der Größenordnung von Megohm liegt. Wenn die Vorspannung bis auf die Spitzenspannung vergrößert wird, dann entsteht ein negativer Widerstand. Gelegentlich wird eine minimale Spannung erreicht, wobei eine doppelte Injektion der Stromträger auftritt und die Elemente in den Zustand niedriger Impedanz umgeschaltet werden, bei dem sie einen Widerstandswert in der Größenordnung von einigen Ohm haben. In dem Zustand niedriger Impedanz wird Licht von einem kleinen Gebiet neben der diffundierten p-Schicht und gegenüber der legierten η-Zone emittiert. Die Wellenlänge des emittierten Lichtes beträgt bei Raumtempeatur 8770 a .

In Fig. 9A ist eine Schicht 71 zur Anordnung der elektroluminiszierenden Elemente dargestellt, wobei man in Richtung der Pfeile 9A in Fig. 7 blickt. Es .ist eine Glasunterlage 87 vorgesehen, auf der Gruppen von digitalen Zwischenleitern · aufgebracht sind, die einen gemeinsamen Masseleiter 88 und Hochspannungsleiter 89 enthalten. Die Leiter 89 sind jeweils mit einzelnen Kontakten 90 verbunden. Der gemeinsame Masseleiter 88 ist mit einem gemeinsamen Kontakt 91 verbunden, der mit einer Seite der zugehörigen Wechselspannungsquellc verbunden ist. Die Leiter sind vorzugsweise aus Platin hergestellt und auf der Glasunterlage niedergeschlagen. Über den digitalen Zwischenleitern befinden sich Streifen aus photoleitendem Werkstoff 92. In Fig. 9B ist ein Schnitt durch die Schicht zur Anordnung der photolei'„enden Elemente längs der Linie 9B-9B dargestellt.

In Fig. 10 A ist eine Schicht 72 zur Anordnung der elektroluminiszierenden Elemente dargestellt, wobei man in

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Richtung der Pfeile 10A in Pig. 7 sieht. Wie man in Pig. 10A und in dem Schnitt von Pig. 1OB längs der Linie 10B-10B sieht, säzt sich die Schicht 72 aus einer bekannten durchscheinenden leitenden Schicht 94 zusammen, die sich au.'¹ einer Glasunterlage 95 befindet und auf der eine Schicht aus elektroluminiszierenden Werkstoff 96 niedergeschlagen ist. Auf dem elektroluminiszierenden Werkstoff sind getrennte Kontakte 97 niedergeschlagen, die den Kontakten 90 der· Schicht zur Anordnung der photoleite nden Elemente entsprechen. Über der Schicht 96, aus der die Kontakte 97 herausragen, befindet sich eine elektrisch und optisch isolierende Schicht 98, die vorzugsweise aus schwarzen Mylarwerkstoff besteht. Beim Zusammenbau werden die Schicht 71 zur Anordnung der photoleitenden Elemente und die Schicht 72 zur Anordnung der ßlektroluminiszierenden Elemente zur innigen Berührung zusammengedrückt, wobei die Kontakte 97 und 90 eine elektrische Verbindung bilden. Ein Kontakt 99» der in Pig. 1OA dare*gestellt ist, verbindet die photoleitenüe Schicht 94·,. mit der entgegengesetzten Seite der Wechselspannungequelle. '

Es können auch andere fhxtoleitonde Elemente als photoempfhdliche Vorrichtung der Sichteinrichtung , beispielsweise bekannte Photodioden oder Phototransistoren, verwendet werden. Außerdem muß wieder die Diodenmatrix noch die Sichtanordnung einer geometrisch rechteckige Figur, so wie es dargestellt ist, aufweisen, wenn es auch oft zweckmäßig ist, eine solche Figur vorzusehen.

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Claims (10)

1. Pa tentansprüche

   ΐ. Sichteinrichtung mit einer lichtemittierenden-photoempfindlichen Pestkörperanordnung zur Erzeugung sichtbaren Ausgangelichtes,g ekennzeichnet durch eine Matrix (8) aus lichtemittierenden Pestkörperdioden (9), die mit der lichtemittierenden-photoempfindlfchen Anordnung (2) optisch gekoppelt sind, wobei die Dioden einen niedrigen Leistungsverbrauch und eine kurze Ansprechzeit haben, und durch einen Gene» tor (10, 33) für die Zuleitung von Eingangssignalen zu der Matrix zur Steuerung der Lichtemission der Blöden, wobei die Abgabe des sichtbaren Lichtes als Funktion der Eingangsignale gesteuert wird.
2. 2. Sichteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pestkörperdioden (9) bistabile Schaltungselemente sind, die einen stabilen Zustand hoher Impedanz und niedrigegimpedanz haben, wobei sie im Zustand niedriger Impedanz lichtemittierend sind und in dem Zustand hoher Impedanz nicht lichtemittierend sind.
3. 3.Sichteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a du r ch gekennzeichnet, daß die Festkörperdioden PSIff-Dioden sind.
4. 4. Sichteinrichtung nach Anspruoh 5, ι .d a d u r c h gekennze lehnet, daß die lichtemittierende photoempfindliche Anordnung mehrere parallel geschaltete Pfad« enthält, die mit einer Spannungsquelle (62) verbunden sind, wobei Jeder parallelgeschaltete Pfad ein elektroluminiszierendes Element (EL) enthält, des in

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   Reihe mit einem photoempfindlichen Element (PG) geschaltet ist, daß der Impedanzzustand des photoempfindlichen Elementes entsprechend der auftreffenden Lichtenergie von der Matrix eingestellt wird, wodurch die Spannung, die an den zugehörigen in Reihe geschalteten elektroluminiszierenden Elementen liegt, bestimmt wird . (Pig. 4)
5. 5. Sichteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede PSIN-Diode ein entsprechendes Paar von elektroluminiszierenden und photoempfindlichen Elementen vorhanden ist und daß jede Diode dementsprechend optisch mit einem zugehörigen photoempfindlichen Element verkoppelt ist. (Pig. 4)
6. 6. Sichteinrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Paare aus elektroluminiszierenden und photoempfindlichen Elementen größer lit als die Zahl der PSIN-Dioden, und daß jede Diode den entsprechend mit mehr als einem photoempfindlichen Element optisch verkoppelt ist. (Pig. 5)
7. 7. Sichteinrichtung nach Anspruch 4,dadur ch gekennze iehnet, daß die Zahl der PSIN-Dioden größer ist als die Zahl der Paare aus elektroluminiszierenden und photoempfindlichen Elemente, und daß dementsprechend mehr als eine einzige Diode mit jedem photoempfindlichen Element optisch verkoppelt ist, so daß man Grauskalenwerte in dem abgegebenen sichtbaren Licht arh»ält. (Pig. 6)
8. 8. Sichteinrichtung nach einem der vorhergenden ^A-sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix eine elektrische Schaltung (10) enthält» die auf Eingangssignale anspricht, durch die den Dioden wahlweise zwei Spannungen zugeführt werden, wodurch sie in den Zustand großer Impedanz oder kleiner Impedanz gebracht werden.

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9. 9. Sichteinrichtung nach Anspruch 8, dadurch g ekennzeichnet, daß die Anordnung eine erste Schicht

   (71) aus photoleitenden Elementen und eine zweite Schicht

   (72) aus elektroluminiszierenden Elementen eithält, die zusammengefügt sind, daß die Matrix (7o) eine Einheit bildet und nahe der ersten unci der zweiten Schicht angeordnet ist.
10. 10. Sichteinrichtung nach Anspruch 9, d a d ur ch gekennzeichnet, daß die Matrix der Dioden in einer Spalten- und Zeilenanordnung aufgebaut ist, und daß die elektroluminiszierenden und photoleitenden Elemente in einer entsprechenden Spalten- und Zeilenanordnung angeordnet sind.

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