DE1134413C2

DE1134413C2 - Anordnung zur Erzeugung eines bewegten Lichtfleckes

Info

Publication number: DE1134413C2
Application number: DE1959S0065078
Authority: DE
Inventors: Stephen Yando
Original assignee: Sylvania Electric Products Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1958-11-28
Filing date: 1959-09-23
Publication date: 1963-02-14
Also published as: US2951168A; BE584655A; FR1232808A; DE1134413B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1134

INTERNAT. KL. H 04 Il

ANMELDETAG: 23. SEPTEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 9. AUGUST 1962

AUSGABE DER

PATENTSCHRIFT: 14. F E B R U AR 1963

STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT

1134 413 (S 65078 Vffl a / 21 a i)

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines bewegten Lichtfleckes auf einer Schicht aus elektrolumineszentem Material.

Elektrolumineszente Materialien sind dabei Stoffe, die bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes Licht emittieren. Üblicherweise werden derartige Leuchtstoffern die Form einer festen Schicht gebracht, wie z. B. in Form eines einzigen Kristalls, einer polykristallinen Schicht oder einer Dispersion von Leuchtstoffpartikeln in einem dielektrischen Plastik- oder Keramikmedium. Die Schicht wird dann zwischen zwei elektrisch leitfähige Elektroden gebracht, von denen zumindest eine den Durchtritt von Licht gestattet. Zwischen die beiden Elektroden wird eine Spannung angelegt und von der Schicht Licht exmittiert.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein elektrisches Signal in einen sich bewegenden Lichtfleck umzusetzen, und löst diese Aufgabe durch eine Anordnung, bei weloher ein an beiden Enden reflexionsfrei abgeschlossener Streifen aus piezoelektrischem Material an einem Ende durch elektrische Impulse erregt wird, so daß eine elastische Welle den Streifen entlang läuft, und wobei der Streifen mit der Elektrolumineszenzschicht bedeckt ist, so daß das die elastische Welle begleitende elektrische Feld diese Schicht zum Leuchten anregt.

Es ist bereits bekannt, daß ein schwingender piezoelektrischer Kristall in verdünnter Atmosphäre Leuchterscheinungen zeigt. Ferner ist auch die Erzeugung eines wandernden Leuchtflecks unter Benutzung eines elektrisch erregten Kristalls bereits vorgeschlagen worden. Ferner ist bereits offenbart, in einer Gasatmosphäre befindliche Quarzstäbchen zu erregen, worauf von diesen an diskreten Punkten stillstehende Leuchterscheinungen ausgehen. Die betreffenden Vorschläge und Literaturstellen führen den Fachmann jedoch nicht auf den Gedanken, auf erfindungsgemäße Weise elektrische Signale in wandernde Lichterscheinungen umzusetzen.

Zur Erzeugung des bewegten Lichtflecks kann erfindungsgemäß die Anordnung weiter so getroffen sein, daß auf der frei liegenden Oberfläche der elektrolumineszenten Schicht eine transparente, elektrisch leitfähige Elektrode und auf der der Schicht gegenüberliegenden Fläche des Streifens eine weitere Elektrode angebracht ist und daß die beiden Elektroden leitend miteinander verbunden sind.

Zur sichtbaren Wiedergabe von Information tragenden elektrischen Signalen kann erfindungsgemäß weiter vorgesehen sein, daß die Erregung der Elektrolumineszenzschicht durch die elastische Welle im Anordnung zur Erzeugung eines bewegten Lichtfleckes

Patentiert für:

Sylvania Electric Products Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. November 1958 (Nr. 776 980)

Stephen Yando, Long Island, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

wesentlichen unter der Wahrnehmbarkeitsgrenze liegt und daß die wiederzugebenden Signale an die Kondensatorelektroden unter Aufhebung ihres Kurzschlusses angelegt sind, so daß die sichtbare Erregung der elektrolumineszenten Schicht durch die Summenwirkung beider Felder zustande kommt.
Dabei können schließlich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Signale aus amplitudenmodulierten Impulsen bestehen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1, zusammen mit einem zugehörigen Spannungsgenerator,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die abgewandelte Ausführungsform nach Fig. 3 sowie die zugehörigen Spannungsgeneratoren.

InJ⁷Ig. 1 ist ein dünner Streifen oder ein Band
aus piezoelektrischem Material zu erkennen; beispieL weise ist das Material polarisiertes Bleizirkonat-Bleititanat. Kontakte 12 und 14, die sich quer zur Längsachse des Streifens erstrecken, sind an gegenüberliegenden Flächen des Streifens benachbart dessen

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linkem Ende angebracht; sie liegen einander sowie einem Bereich 13 des Streifens gegenüber. Eine Elektrolumineszenzschicht 16 befindet sich in ähnlichem Kontakt mit einer Oberfläche des Streifens 10 zwischen den Streifenenden und im Abstand von Kontakt 14. Diese Elektrolumineszenzschicht kann von einer der zuvor beschriebenen Arten sein. Die Schicht kann ferner am Streifen permanent befestigt sein, z. B. mittels eines Plastikdielektrikums; sie kann aber auch eine gesonderte Schicht sein, die mechanisch und lösbar am Streifen festgemacht ist.

Jedes Streifenende ist derart abgeschlossen, daß es jede im Streifen fortlaufende, einfallende elastische Welle praktisch ohne Reflexion absorbiert

Zur Bildung derartiger Abschlußteile müssen die Enden der Streifenoberfläche mit einer entsprechenden Ausbildung aus absorbierendem Material, wie sie beispielsweise durch die Abschlußteile 18 angedeutet sind, Kontakt machen. Insbesondere besitzt das piezoelektrische Material einen elastischen Wellenwiderstand, und die Abschlußteile müssen aus einem anderen Material .mit ähnlichem Wellenwiderstand gebildet sein. Hätte dieses andere Material genau denselben Wellenwiderstand wie der Streifen, so hätten die Abschlußteile dieselbe Querschnittsform wie der Streifen und würden an die Streifenenden im wesentlichen als Fortsetzung des Streifens angebracht sein. Hat das andere Material einen Wellenwiderstand, welcher demjenigen des Streifens nicht gleich ist, so läßt sich eine nicht reflektierende Abschlußstelle herstellen, indem die Enden und unmittelbar benachbarte Teile des Streifens mit diesem Material bedeckt werden, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist. Im vorliegenden Beispiel ist das Material Blei, dessen elastischer Wellenwiderstand sich von demjenigen des Bleizirkonat-Bleititanats unterscheidet.

Wie in Fig. 2 veranschaulicht, wird ein von einem Impulsgenerator 20 gelieferter Steuerspannungsimpuls, beispielsweise in Form eines Sägezahns, zwischen die Kontakte 12 und 14 gelegt. Dies bewirkt innerhalb des Streifenbereichs 13 ein elektrisches Feld. Der elektrische Feldvektor weist entlang einer Linie senkrecht zu beiden Kontakten, wobei die Feldrichtung durch die augenblickliche Polarität des Spannungsimpulses bestimmt ist. Der absolute Wert des elektrischen Feldvektors, d. h. die Feldintensität, ist dem augenblicklichen Wert des Spannungsimpulses proportional.

Infolge der piezoelektrischen Eigenschaften des Streifens 10 erzeugt das elektrische Feld im ersten Bereich 13 eine mechanische Beanspruchung proportional der augenblicklichen Feldintensität und somit proportional dem augenblicklichen Wert des Steuerimpulses. Diese Beanspruchung erzeugt eine Störung proportional der zeitlichen Änderung der Beanspruchung und somit proportional der ersten Zeitableitung des Steuerimpulses. Diese Störung läuft entlang dem Streifen in Form entgegengesetzt gerichteter elastischer Wellen, welche zum linken bzw. rechten Ende des Streifens 10 wandern. Jede Welle ist infolge des piezoelektrischen Effekts von einem elektrischen Feld begleitet, dessen Intensität proportional der zeitlichen Änderung der Beanspruchung und somit proportional der ersten Zeitableitung des Steuerimpulses ist.

Das die eine elastische Welle begleitende elektrische Feld erzeugt einen Lichtfleck in der Elektrolumineszenzschicht, der sich in Synchronismus mit der fortschreitenden Welle bewegt, wodurch sich der erwünschte »Abtast«-Effekt ergibt. Die andere Welle und ihr begleitendes Feld werden fast augenblicklich und im wesentlichen ohne Reflexion im Abschlußteil 18 absorbiert und haben keinen Einfluß auf die Wirkungsweise der Vorrichtung.

Die Zeitdauer (oder das Abtastintervall), die erforderlich ist, damit der Lichtfleck den Streifen 10 durchquert, ist sowohl von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der elastischen Welle innerhalb des Streifens

ίο als auch von der Länge des Streifenabschnitts zwischen den Kontakten und dem rechten Streifenende bestimmt. Wenn, wie dies normalerweise erforderlich ist, nur ein Lichtfleck wiedergegeben werden soll, darf das Zeitinterval zwischen aufeinanderfolgenden Steuerimpulsen nicht kleiner als das Abtastinterval sein.

Für eine gegebene Geometrie und eine gegebene Amplitude des Steuerimpulses läßt sich die Lichtabgabe von dem sich bewegenden, in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 erzeugten Fleck in der in Fig. 3 angedeuteten Weise erhöhen. Fig. 3 zeigt insbesondere eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in der Weise, daß zusätzlich eine transparente oder Frontelektrode 24 vorgesehen ist, welche die frei liegende Oberfläche der Elektrolumineszenzschicht 16 bedeckt, sowie ferner eine zweite oder Hinterelektrode 22, welche dieselbe Fläche wie Elektrode 24 bedeckt und auf die von der Elektrolumineszenzschicht 16 abliegende Oberfläche des Streifens 10 aufgebracht ist.

Die Elektroden 22 und 24 bilden zusammen mit der Elektrolumineszenzschicht und dem gegenüberliegenden Teil des Streifens 10 einen Kondensator. Die Dielektrizitätskonstante der Schicht ist niedrig in bezug auf diejenige des Streifens. Infolgedessen ist der Großteil der Energie, welches von dem die elastische Welle begleitenden elektrischen Feld mitgeführt wird, in der Elektrolumineszenzschicht konzentriert; die Lichtabgabe wird demzufolge erhöht. Sie läßt sich durch Verbinden der Elektroden 22 und 24 weiter erhöhen.

Um das von dem sich bewegenden Lichtfleck abgegebene Licht zu modulieren, muß die Intensität des auf die Elektrolumineszenzschicht einwirkenden elektrischen Feldes verändert werden. Dies kann, wie in Fig. 4 dargestellt, geschehen, wo Steuerimpulse zwischen Kontakt 12 und 14 wie zuvor angelegt werden und ferner eine modulierende Spannung, deren Größe sich mit der Zeit ändert, an die Elektroden 22 und 24 gelegt wird. Diese Spannung kann ein amplitudenmodulierter Spannungsimpuls sein, der, wie in Fig. 4 veranschaulicht, von einem Impulsgenerator 30 geliefert wird. Die modulierende Spannung bewirkt innerhalb der Elektrolumineszenzschicht ein elektrisches Feld, das sich zeitlich ändert.

Da in jedem Augenblick das modulierende elektrische Feld und das die elastische Welle begleitende elektrische Feld additiv sind und sich das modulierende Feld entsprechend der modulierenden Spannung ändert, wird die Lichtabgabe oder Helligkeit des Lichtflecks entsprechend moduliert (vorzugsweise sollte die Amplitude des modulierenden Impulses näherungsweise gleich derjenigen' der piezoelektrisch induzierten Spannung sein).

Bei NichtVorhandensein des sich bewegenden elektrischen Feldes bewirkt das modulierte elektrische Feld eine gleichförmige Aufhellung der Elektrolumineszenzschicht. Im allgemeinen besitzen die elektro-

lumineszenten Leuchtstoffe jedoch eine nichtlineare Spannung-Helligkeit-Kennlinie, so daß der Untergrundaufhellungseffekt im Vergleich zur Helligkeit des modulierten Lichtflecks unbedeutend ist.

Wie zuvor angedeutet, hängt die Länge des Abtast-Intervalls von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der elastischen Welle innerhalb des Streifens ab. Diese Geschwindigkeit hängt ihrerseits sowohl von den Eigenschaften als auch den Medien und dem Typ der verwendeten akustischen Welle ab. Beispielsweise kann die akustische Welle entweder eine Longitudinalwelle (d. h. eine Kompressionswelle) oder erne Transversalwelle (d. h. eine Scherwelle) sein. Im allgemeinen ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit für dasselbe Material mit der Wellenart.

Außer polykristallinen! Bleizirkonat-Bleititanat, das durch elektrische Feldpolarisation piezoelektrisch gemacht ist, läßt sich jedes andere piezoelektrische Material entweder in polykristalliner Form oder in Form eines einzigen Kristalls verwenden. Für ein Material aus einem einzigen Kristall ist Rochellesalz ein Beispiel. Bariumtitanat ist ein weiteres Beispiel eines polykristallinen Materials.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Erzeugung eines bewegten Lichtfleckes auf einer Schicht aus elektrolumineszentem Material, dadurch gekennzeichnet, daß ein an beiden Enden reflexionsfrei abgeschlossener Streifen aus piezoelektrischem Material an einem Ende durch elektrische Impulse erregt wird, so daß eine elastische Welle den Streifen entlang läuft, und daß der Streifen mit der Elektrolumineszenzschicht bedeckt ist, so daß das die elastische Welle begleitende elektrische Feld diese Schicht zum Leuchten anregt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der frei liegenden Oberfläche der elektrolumineszenten Schicht eine transparente, elektrisch leitfähige Elektrode und auf der der Schicht gegenüberhegenden Fläche des Streifens eine weitere Elektrode angebracht ist und daß die beiden Elektroden leitend miteinander verbunsind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 zur sichtbaren Wiedergabe von Information tragenden elektrischen Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Elektrolumineszenzschicht durch die elastische Welle im wesentlichen unter der Wahrnehmbarkeitsgrenze liegt und daß die wiederzugebenden Signale an die Kondensatorelektroden unter Aufhebung ihres Kurzschlusses angelegt sind, so daß die sichtbare Erregung der elektrolumineszenten Schicht durch die Summenwirkung beider Felder zustande kommt. '

4. Anordnung nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale aus amplitudenmodulierten Impulsen bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 480110;
USA.-ßatentschrift Nr. 2418 964;
Vilbig: Lehrbuch der Hochfrequenztecbnik, 4. Auflage, Bd. II, S. 76.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

δ 209 629/117 7.62 (209 7£'!>/44 2. 63)