DE1046183B

DE1046183B - Device for displaying the magnitude of an electrical voltage

Info

Publication number: DE1046183B
Application number: DEL28022A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Albert Lieb
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1957-07-05
Filing date: 1957-07-05
Publication date: 1958-12-11

Description

Vorrichtung zur Anzeige der Größe einer elektrischen Spannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige der Größe einer elektrischen Spannung mit Hilfe eines elektrolumineszierenden Leuchtkondensators.Device for displaying the magnitude of an electrical voltage The invention relates to a device for displaying the size of an electrical Voltage with the help of an electroluminescent luminous capacitor.

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen ein elektrolumineszierender Leuchtstoff in einem Kondensator einem elektrischen Feld unterworfen und damit zur Lichtemission angeregt wird. Bei derartigen Anordnungen ist die Intensität der Lichtemission von der Größe der elektrischen Feldstärke bzw. der angelegten elektrischen Spannung abhängig. Aus diesem Grund wurden bereits einfache Leuchtkondensatoren zur Spannungsanzeige verwendet, bei denen die Helligkeit der erregten lumineszierenden Schicht als Maßstab für die Größe der Spannung diente. Eine derartige Anzeige ist jedoch sehr ungenau, weil das menschliche Auge gegen kleinere Änderungen der Lichtemission unempfindlich ist.There are already devices known in which an electroluminescent Phosphor in a capacitor subjected to an electric field and thus used for Light emission is excited. In such arrangements, the intensity of the light emission is on the size of the electric field strength or the applied electric voltage addicted. For this reason, simple luminous capacitors have already been used to display voltage used, in which the brightness of the excited luminescent layer as a yardstick served for the size of the tension. However, such a display is very imprecise, because the human eye is insensitive to minor changes in light emission is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine deutlich sichtbare Spannungsanzeige mit Hilfe von elektrolumineszierenden Leuchtkondensatoren dadurch zu erzielen, daß das Leuchtbild in seiner Größe verändert wird. Bei einer Vorrichtung zur Anzeige der Größe einer elektrischen Spannung, bei der zwischen zwei elektrisch leitenden Belegungen, von denen mindestens eine durchsichtig ist, ein elektrolumineszierender Stoff angeordnet ist, wird dies dadurch erreicht, daß gemäß der Erfindung mindestens eine dieser Belegungen einen so großen elektrischen Widerstand besitzt, daß beim Anlegen einer Spannung an dem einen Ende dieses Widerstandes zunächst im wesentlichen nur an dieser Stelle Elektrolumineszenz auftritt, die sich bei höherer Spannung stetig auf weitere Flächengebiete des Leuchtkondensators ausdehnt.The invention is based on the object of a clearly visible Voltage display with the help of electroluminescent luminous capacitors thereby to achieve that the luminous image is changed in size. With one device to display the magnitude of an electrical voltage at which between two electrical conductive coatings, at least one of which is transparent, an electroluminescent one Fabric is arranged, this is achieved in that according to the invention at least one of these assignments has such a large electrical resistance that the Initially essentially applying a voltage to one end of this resistor Electroluminescence occurs only at this point, which is reflected in higher voltage steadily expands to other areas of the luminous capacitor.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung ergeben schon kleinste Spannungsänderungen eine deutlich sichtbare Änderung des Leuchtbildes. Gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen zur Anzeige von Spannungen, z. B. gegenüber Spannungsanzeigeröhren, hat diese Anordnung den Vorteil, daß die Anzeigevorrichtung nicht im Vakuum angeordnet ist. Die Anfertigung der elektrolumineszierenden L euchtkondensatoren ist außerdem sehr billig und einfach. Ferner ist die ausnutzbare Leuchtfläche im Verhältnis zu dem erforderlichen Raumbedarf weitaus günstiger.With the arrangement according to the invention, even the smallest voltage changes result a clearly visible change in the light image. Compared to the previously known Devices for displaying voltages, e.g. B. to voltage indicator tubes, this arrangement has the advantage that the display device is not arranged in a vacuum is. The production of the electroluminescent luminous capacitors is also very cheap and easy. Furthermore, the usable luminous area is in relation to the required space much cheaper.

ach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich eine scharfe Grenze zwischen der leuchtenden und der nichtleuchtenden Anzeigefläche dadurch erzielen, daß zwischen den beiden elektrisch leitenden Belegungen zusätzlich eine spannungsabhängige Schicht angeordnet ist, deren Widerstand sich bei einer bestimmten Spannungshöhe nahezu sprunghaft ändert. Es ist vorteilhaft, einen elektrolumineszierenden Leuchtstoff, beispielsweise Cadmiumsulfid, zu verwenden, der gleichzeitig die Eigenschaft einer spannungsabhängigen Widerstandsschicht aufweist.After a further embodiment of the invention, a sharp one can be used Achieve the boundary between the luminous and the non-luminous display area by that between the two electrically conductive assignments there is also a voltage-dependent one Layer is arranged, the resistance of which increases at a certain voltage level changes almost by leaps and bounds. It is advantageous to use an electroluminescent phosphor, For example, to use cadmium sulfide, which at the same time has the property of a Has voltage-dependent resistance layer.

An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert In Fig. 1 ist die Anzeigefläche wiedergegeben, die einen bestimmten durch Schraffur gekennzeichneten Anzeigezustand darstellt, während Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Kondensator anzeigt. Auf einem geeigneten Träger 1, z. B. einer optisch durchsichtigen Unterlage aus Glas oder Glimmer, ist eine elektrisch leitende Schicht 2, welche ebenfalls optisch durchsichtig sein kann, aufgebracht. Eine solche Schicht läßt sich dadurch erzeugen, daß Metalle, z. B. Aluminium, im Vakuum aufgedampft oder daß Dämpfe von Metallsalzen, wie z. B. Sn C12, Sn C14 oder Ti C14 mit der erwärmten Unterlage zur Reaktion gebracht werden. Im letzteren Falle bildet sich ein elektrisch leitender Belag von Metalloxyd. Bei der Verwendung von Sn O oder Ti O ist dieser Belag durchsichtig. Auf der elektrisch leitenden Schicht 2 befindet sich eine Schicht eines geeignet präparierten elektrolumineszierenden Leuchtstoffes 4, z. B. Zinksulfid, mit einem im Überschuß zugesetzten Kupferaktivator. Der Leuchtstoff ist in vorteilhafter Weise in ein Dielektrikum hoher Dielektrizitätskonstante eingebettet, z. B. in Polyacrylsäureester. Auf die elektrolumineszierende Leuchtstoffschicht folgt eine Widerstandsschicht 3. Diese kann eine dünne Metallschicht, z. B. aus Aluminium bestehend, sein, welche im Vakuum aufgedampft ist, oder auch eine Graphitschicht, welche aufgesprüht ist. Die Leitungen für die den Leuchtstoff erregenden Spannung, z. B. Wechselspannung, liegen an der elektrisch leitenden Schicht 2 und an der Widerstandsschicht 3. Die Größe des Widerstandes ist so bemessen, daß bei Anlegen der erregenden Spannung an die Elektroden 2 und 3 längs des Widerstandes ein merklicher Spannungsabfall entsteht. Dadurch läßt sich erreichen, daß sich die Leuchtfläche bei Anlegen der erregenden Spannung in Richtung des Gradienten des Spannungsabfalles stetig vergrößert.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. 1 shows the display area that shows a specific area indicated by hatching Displays state, while Fig. 2 shows a cross section through a capacitor indicates. On a suitable carrier 1, e.g. B. an optically transparent pad made of glass or mica, is an electrically conductive layer 2, which is also can be optically transparent applied. Such a layer can thereby produce that metals, e.g. B. aluminum, evaporated in a vacuum or that vapors of Metal salts, such as B. Sn C12, Sn C14 or Ti C14 with the heated pad for Reaction to be brought. In the latter case, an electrically conductive one is formed Metal oxide coating. When using Sn O or Ti O, this coating is transparent. On the electrically conductive layer 2 there is a layer of a suitable one prepared electroluminescent phosphor 4, e.g. B. zinc sulfide, with a copper activator added in excess. The phosphor is advantageous embedded in a high dielectric constant dielectric, e.g. B. in polyacrylic acid esters. A resistive layer follows the electroluminescent phosphor layer 3. This can be a thin metal layer, e.g. B. consisting of aluminum, which is vapor-deposited in a vacuum, or a graphite layer which is sprayed on. The lines for the voltage exciting the phosphor, e.g. B. AC voltage, are on the electrically conductive layer 2 and on the resistance layer 3. The size of the resistor is dimensioned so that when the exciting voltage is applied a noticeable voltage drop across the resistor across electrodes 2 and 3 arises. It can thereby be achieved that the luminous surface is when the exciting voltage steadily increased in the direction of the gradient of the voltage drop.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3. Für gleiche Teile sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Während das eine Ende der Widerstandsschicht 3 mit der Spannungsquelle 5 verbunden ist, ist das andere Ende über einen Widerstand 7 mit der an die elektrisch leitende Schicht gelegten Zuleitung verbunden. Längs der Widerstandsschicht 3 wird ein Spannungsabfall erzwungen, da an den Anschlußstellen der Widerstandsschicht 3 und der Belegung 2 eine Potentialdifferenz zwischen diesen Schichten 2 und 3 besteht. Dadurch wird bei ent-"prechender Dimensionierung des Vorwiderstandes 7 erreicht, daß sich die Leuchtwirkung über die ganze Fläche ausdehnt. Der Widerstand 7 legt den Arbeitsbereich des Leuchtkondensators bezüglich der zu messenden Spannungen fest.Another embodiment of the invention is shown in FIG. 3. For the same Parts are given the same reference numerals. While one end of the resistive layer 3 is connected to the voltage source 5, the other end is via a resistor 7 connected to the lead attached to the electrically conductive layer. Along the resistance layer 3 is forced to drop in voltage because at the connection points the resistance layer 3 and the coating 2 have a potential difference between them Layers 2 and 3 consists. With the appropriate dimensioning of the Series resistor 7 achieves that the lighting effect extends over the entire area. The resistor 7 increases the working range of the luminous capacitor with respect to the measuring voltages.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 wiedergegeben. Hier befindet sich zwischen der Widerstandsschicht 3 und der elektrolumineszierenden Schicht 4 eine weitere Schicht 8, deren elektrischer Widerstand sich mit der Größe der angelegten Spannung bei einem bestimmten Schwellwert nahezu sprunghaft verkleinert. Eine derartige Schicht kann z. B. aus geeignet präpariertem Cadmium-Sulfid oder Silicium-Carbid bestehen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Begrenzung des Leuchtbildes besonders scharf ausgebildet ist. Das Ablesen wird dadurch wesentlich erleichtert und somit die Empfindlichkeit erheblich gesteigert.Another embodiment of the invention is shown in FIG. Here is located between the resistive layer 3 and the electroluminescent Layer 4 is another layer 8, the electrical resistance of which increases with size the applied voltage is reduced almost by leaps and bounds at a certain threshold value. Such a layer can e.g. B. from suitably prepared cadmium sulfide or Silicon carbide. This arrangement has the advantage that the limitation of the Luminous image is particularly sharp. Reading becomes essential facilitated and thus the sensitivity increased considerably.

In Fig. 5 ist eine Draufsicht einer praktischen Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung nach der Erfindung dargestellt, während in der Fig. 6 ein Schnitt durch die Ebene A-A und in der Fig. 7 ein Schnitt durch die Ebene B-B der Fig. 5 wiedergeben ist.In Fig. 5 is a plan view of a practical embodiment of a Display device according to the invention shown, while in Fig. 6 is a section through the plane A-A and in FIG. 7 a section through the plane B-B of FIG. 5 is reproduced.

In diesen Figuren sollen insbesondere die elektrischen Zuführungen an die Elektroden veranschaulicht werden. Für gleiche Teile wurden wiederum die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ein Teil der elektrisch leitenden, optisch durchsichtigen Schicht 2 ist nicht von der elektrolumineszierenden Schicht bedeckt. An der freien Stelle ist die leitende Schicht mit einer wesentlich stärkeren und mechanisch stabileren Metallschicht 22 bedeckt, die als Kontakt für die Zuleitungen dient. Diese Metallschicht kann z. B. aus eingebranntem Silber oder Indium bzw. Indiumverbindungen bestehen. Auf einem Teil der elektrolumineszierenden Schicht 4 ist ein Isolierstreifen 11, z. B. aus Glimmer, angeordnet. Die Platte weist mehrere Zungen 12 auf. Diese sind mit einem Silberüberzug 10 versehen, an die die Zuleitungen geführt werden. Die Zuführung der Spannung an die Widerstandsschicht 3 erfolgt durch die elektrisch leitenden Schichten 9. Diese können in vorteilhafter Weise aus einem aufgesprühten Graphitstreifen bestehen oder nach der bekannten Art der gedruckten Schaltungen ausgeführt sein. Im letzten Falle können auch die Zuführungsteile 10 in gleicher tj'eise als gedruckte Schaltungen ausgebildet sein. Bei Anlegen der erregenden Spannung 5, z. B. Wechselpannung, entsteht an der Widerstandsschicht 3 zwischen den Zuführungselektroden 9 a und 9 b bzw. 9 a und 9 c ein Spannungsabfall. Da die Widerstandsschicht eine Elektrode des Leuchtkondensators bildet, leuchtet je nach der Größe der angelegten Spannung ein mehr oder weniger großer Teil des Streifens auf. Es entstehen zwei Leuchtbänder, deren Leuchtkanten sich jeweils in gegenläufigem Sinne bewegen, und zwar derart, daß mit größer werdender Spannung der Abstand zwischen ihnen vergrößert wird.In these figures, in particular, the electrical leads to the electrodes are to be illustrated. The same reference numerals have again been used for the same parts. Part of the electrically conductive, optically transparent layer 2 is not covered by the electroluminescent layer. At the free point, the conductive layer is covered with a much stronger and mechanically more stable metal layer 22, which serves as a contact for the supply lines. This metal layer can, for. B. made of burnt-in silver or indium or indium compounds. On part of the electroluminescent layer 4 is an insulating strip 11, e.g. B. made of mica arranged. The plate has several tongues 12. These are provided with a silver coating 10 to which the leads are led. The voltage is supplied to the resistance layer 3 through the electrically conductive layers 9. These can advantageously consist of a sprayed-on graphite strip or be designed according to the known type of printed circuit boards. In the latter case, the feed parts 10 can also be designed in the same way as printed circuits. When applying the exciting voltage 5, z. B. AC voltage, a voltage drop occurs on the resistance layer 3 between the supply electrodes 9 a and 9 b or 9 a and 9 c. Since the resistance layer forms an electrode of the luminous capacitor, a more or less large part of the strip lights up depending on the magnitude of the applied voltage. Two luminous strips are created, the luminous edges of which move in opposite directions, in such a way that the distance between them increases as the voltage increases.

In Fig. 8 ist eine Draufsicht und in Fig. 9 ein vergrößerter Querschnitt einer etwas abgeänderten Anzeigevorrichtung nach der Erfindung wiedergegeben. Bei dieser Ausführung sind auf einem Träger 1, der aus beliebigem Isoliermaterial besteht, zwei elektrisch leitende Schichten angeordnet, von denen mindestens eine für den Lumineszenzeffekt die wirksame Widerstandsschicht 3 bildet. Zwischen den beiden Belegungen 2 und 3 befindet sich die elektrolumineszierende Schicht 4. Der elektrolumineszierende Leuchtstoff kann bei Anwendung von Wechselspannung in ein geeignetes Dielektrikum, z. B. Polyacrylsäureester, eingebettet sein. Bei Änderung der Größe der erregenden Spannung ergibt sich eine Verschiebung der Längsausdehnung des strichartigen Leuchtbildes. Dadurch läßt sich in einfacher Weise eine thermometerartige Spannungsanzeige erreichen. Eine derartige Anordnung läßt sich z. B. in vorteilhafter Weise zur Abstimmanzeige von Rundfunkempfängern verwenden. In diesem Falle dient der Leuchtkondensator als Skalenzeiger. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die Beobachtung der Skalenanzeige und der Abstimmzustand des Gerätes gleichzeitig ohne Blickänderung beobachtet werden können.FIG. 8 is a plan view and FIG. 9 is an enlarged cross section reproduced a somewhat modified display device according to the invention. at this version are on a carrier 1, which consists of any insulating material, two electrically conductive layers arranged, of which at least one for the Luminescence effect forms the effective resistance layer 3. Between the two Allocations 2 and 3 is the electroluminescent layer 4. The electroluminescent layer When using alternating voltage, fluorescent material can be converted into a suitable dielectric, z. B. polyacrylic acid ester embedded. When changing the size of the exciting Stress results in a shift in the longitudinal extent of the line-like luminous image. A thermometer-like voltage display can thereby be achieved in a simple manner. Such an arrangement can be, for. B. in an advantageous manner for voting display from broadcast receivers. In this case, the luminous capacitor serves as a Dial pointer. This has the advantage that the scale display can be observed and the tuning status of the device can be observed at the same time without changing your gaze can.

An einem weiteren in der Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verwendung des Leuchtkondensators als Anzeigevorrichtung für Rundfunkempfänger in einem Schaltbild dargestellt. Für gleiche Teile sind wiederum gleiche Bezugszeichen verwendet.In a further exemplary embodiment shown in FIG. 10 the invention is the use of the luminous capacitor as a display device for Broadcast receiver shown in a circuit diagram. Again, for equal parts the same reference numerals are used.

Eine spannungsführende Elektrode 14 führt dem Leuchtkondensator die Regelspannung des Gerätes über ein Schaltelement 13 zu, dessen Widerstand durch eine Spannung steuerbar verändert wird, z. B. über eine Elektronenröhre, Transistor od. dgl. Entsprechend dem in der Schicht 3 entstehenden Spannungsabfall nimmt die Leuchtfläche mit größer werdender Regelspannung zu. Die Anordnung gemäß Fig. 11 hat den Vorteil, daß sich eine Vorverstärkung der Anzeigespannung erübrigt. Statt einer in der Figur dargestellten rechteckigen Anzeigefläche lassen sich natürlich alle beliebig gestalteten Flächen verwenden, z. B. kreis- oder spiralförmige.A live electrode 14 leads the luminous capacitor Control voltage of the device via a switching element 13, its resistance through a voltage is controllably changed, e.g. B. via an electron tube, transistor or the like. According to the voltage drop occurring in the layer 3, the Illuminated area with increasing control voltage. The arrangement according to FIG. 11 has the advantage that there is no need to preamplify the display voltage. Instead of a rectangular display area shown in the figure can of course use all surfaces of any design, e.g. B. circular or spiral.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 12 wiedergegeben. Hier sind mehrere Widerstände 15 bis 18 an die anzuzeigende Spannung 5 angeschlossen. Zwischen die Widerstände sind jeweils elektrolumineszierende Zellen 19 bis 21 geschaltet, und zwar derart, daß die Verbindungspunkte zwischen den Widerständen Speisepunkte für jeweils eine elektrolumineszierende Zelle sind. Durch eine derartige Anordnung wird erreicht, daß die elektrolumineszierenden Zellen nacheinander den Schwellwert der Spannung erreichen und nacheinander aufleuchten. In vorteilhafter Weise sind die einzelnen Zellen mit Zeichen belegt, z. B. dadurch, daß eine Blende vor den Zellen angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, die Größe der Spannung direkt abzulesen.Another embodiment of the invention is shown in FIG. Here several resistors 15 to 18 are connected to the voltage 5 to be displayed. Electroluminescent cells 19 to 21 are connected between the resistors, in such a way that the connection points between the resistors are feed points are for one electroluminescent cell each. By such an arrangement it is achieved that the electroluminescent cells successively the threshold value reach the voltage and light up one after the other. Are advantageously the individual cells are filled with characters, e.g. B. in that an aperture in front of the Cells is arranged. This makes it possible to read off the magnitude of the voltage directly.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for displaying the size of an electrical Voltage at which between two electrically conductive assignments, of which at least one is clear, one is electroluminescent Fabric arranged is, characterized in that at least one of these assignments is so large has electrical resistance that when a voltage is applied to one end this resistance is essentially electroluminescence only at this point occurs, which at higher voltage is steadily spreading to further areas of the luminous capacitor expands.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that between the electrically conductive coatings also have a voltage-dependent resistance layer is arranged, the resistance of which is almost at a certain voltage value changes by leaps and bounds. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the electroluminescent layer itself has the property of a voltage-dependent Has resistance layer. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that the electroluminescent, voltage-dependent resistance layer made of cadmium sulfide consists. 5. Apparatus according to claim 1, characterized in that one end of the Resistance layer is connected to the exciting voltage via a series resistor. 6th Device according to Claim 1, characterized in that the voltage to be displayed several resistors connected in series, the connection points of which are feed points are for one electroluminescent cell each. Considered publications: "Review of Scientific Instruments", Volume 24 (1952), pp. 471 and 472; "Bulletin of the Swiss Electrotechnical Association «, vol. 42 (1951), no.

3, p. 91 and 92; Dr. Frank M a t o s s i, "Electroluminescence and electrophotoluminescence", Verl. Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig 1957, pp. 20, 54 and 88.