DE1206017B

DE1206017B - Ferroelektrische Steuerschaltung

Info

Publication number: DE1206017B
Application number: DER35141A
Authority: DE
Inventors: Ennio Fatuzzo
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1962-05-17
Filing date: 1963-05-09
Publication date: 1965-12-02
Also published as: US3274567A; BE632344A; NL292861A; GB1008969A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/16

Nummer: 1206 017

Aktenzeichen: R 35141 VIII a/21 al

Anmeldetag: 9. Mai 1963

Auslegetag: 2. Dezember 1965

Vorliegende Erfindung betrifft eine ferroelektrische Steuerschaltung, die sich für die Verwendung in f erroelektrischen Elektrolumineszenz - Flächenbilddarstellem, wie z. B. Fernsehbildwänden, sowie in ferroelektrischen Speicherwerken und zahlreichen anderen ferroelektrischen Speicherungs- und Steuerungseinrichtungen eignet.

Wenn man ein ferroelektrisches Material einem elektrischen Feld aussetzt, so ergibt sich ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Polarisation der »gebundenen Ladung« des Materials und der angelegten Feldstärke, der sich durch eine Kurve von der allgemeinen Form der bekannten Hysteresisschleife ferromagnetischer Stoffe darstellen läßt. Der Ausdruck »gebundene Ladung« bezieht sich auf die elektrischen Dipole im Material. Verwendet man das ferroelektrische Material als Dielektrikum eines Kondensators, so kann man diesen Hysteresiseffekt für die Speicherung von binären Nachrichten, die Steuerung und Schaltung elektrischer Signale sowie anderweitige Zwecke nutzbar machen. Mit derartigen Speicherelementen arbeitende Schaltungen sind in den USA.-Patentschriften 2 695 397 und 2 695 398 (J.R.Anderson) und auch sonst in der Fachliteratur beschrieben.

Bei mit ferroelektrischen Speicherelementen arbeitenden Schaltungen legt man Wert darauf, daß die Polarisation der Elemente sich so lange nicht in nennenswertem Maße ändert, bis die Stärke des angelegten Feldes einen gegebenen Schwellenwert überschreitet. Auf Grund der 60-Hertz-Hysteresisschleife eines ferroelektrischen Speicherelements sollte man an sich erwarten, daß dieser Schwellenwert einem Punkt irgendwo jenseits des Schleifenknickes entspricht, ähnlich wie beim Schwellenwert der magnetisehen Feldstärke (»Koerzitivkraft«) im Fall von ferromagnetischen Materialien. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dies in Wirklichkeit nicht zutrifft. Ferroelektrische Stoffe haben keinen Schwellenwert der elektrischen Feldstärke. Sie können durch Anlegen einer sehr kleinen elektrischen Feldstärke (die viel kleiner ist als der dem Knick der Hysteresisschleife entsprechende Feldstärkewert) vom einen Polarisationszustand im Sättigungsgebiet in den anderen Polarisationszustand imSättigungsgebiet umgeschaltet werden, wenn das elektrische Feld ausreichend oft oder über einen genügend langen Zeitraum wirksam ist.

Dies ist ein Nachteil, der die Anwendbarkeit von ferroelektrischen Stoffen für Speicherungszwecke wie z. B. in Koinzidenzstrom-Speicherwerken und Elektrolumineszenz-Flächenbilddarstellern sehr ernsthaft Ferroelektrische Steuerschaltung

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Ennio Fatuzzo, Adliswil, Zürich (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. Mai 1962 (195 453)

beeinträchtigt. In beiden genannten Fällen soll das Speicherelement dann und nur dann vom einen Zustand in den anderen schalten, wenn zwei Impulse gleichzeitig eintreffen, jedoch nicht bei Auftreten nur eines der beiden Impulse. Wenn das Element keinen Schwellenwert hat, so kann es über einen gewissen Zeitraum durch nacheinander auftretende Einzelimpulse (auch als »Störimpulse« oder »Halbwählimpulse« bezeichnet) umgeschaltet werden. Auf diese Weise wird die im Element gespeicherte Nachricht schließlich zerstört oder zumindest verzerrt.

Die Erfindung hat eine mit ferroelektrischen Speicherelementen arbeitende Schaltungsanordnung zum Gegenstand, die auf gleichzeitige oder koinzidente Impulse anspricht, dagegen durch »Störimpulse« weitgehend unbeeinflußt bleibt. Die Anordnung enthält eine erste Stufe mit einer Signalquelle, einem aus der Quelle zu speisenden Verbraucher sowie ferroelektrischen Elementen, die Ladungen entgegengesetzter Polarität speichern und die Quelle praktisch blockieren, so daß sie den Verbraucher nicht betätigen kann. Eine mit der ersten Stufe gekoppelte zweite Stufe entriegelt die Speicherelemente und gestattet somit die Betätigung des Verbrauchers durch die Quelle bei Empfang koinzidenter Impulse. Empfängt dagegen die zweite Stufe lediglich Störimpulse, so bietet sie diesen einen Ersatzweg, der dem den Verbraucher enthaltenden Weg vorgezogen wird, so daß die Störimpulse im wesentlichen daran gehindert werden, die ferroelektrischen Elemente

509 740/391

3 4

oder den Verbraucher der ersten Stufe zu beein- elektrischen Speicherelemente in der durch die

flüssen. Pfeile 24, 26 und 28 angedeuteten Richtung zu

Erfindungsgemäß ist eine ferroelektrische Steuer- polarisieren. Es soll hier vorausgesetzt werden, daß

schaltung vorgesehen, die einen Wechselstromver- die Spitze eines Pfeiles stets eine positive Ladung,

braucher, zwei ferroelektrische Speicherelemente und 5 das Pfeilende oder der Pfeilschwanz dagegen eine

eine Wechselstromquelle in Reihenschaltung sowie negative Ladung bezeichnet. Wenn ein ferroelek-

eine Einrichtung zum Polarisieren der Speicher- irisches Element durch einen positiven Impuls um-

elemente in entgegengesetzten Richtungen enthält geschaltet wird, so bedeutet dies, daß die Pfeilspitze

und sich kennzeichnet durch eine mit den Speicher- von der den Impuls erzeugenden Quelle weggerichtet

elementen gekoppelte Einrichtung, die bei Empfang io wird.

eines Einzelimpulses diesem einen niederohmigen Die Pfeile 26 und 28 weisen in entgegengesetzte

Weg bietet und bei Empfang von zwei gleichzeitigen Richtungen. Dies zeigt an, daß die ferroelektrischen

Impulsen eine der beiden Speicherelemente um- Kondensatoren 14 und 16 entgegengesetzt polarisiert

polarisiert. sind. Unter diesen Voraussetzungen wirken, wie in

In den Zeichnungen zeigt 15 der obengenannten USA.-Patentschrift ausführlich

Fig. 1 ein schematisches und Blockschaltbild erklärt, die Kondensatoren 14 und 16 als Wechseleiner mit ferroelektrischen Speicherelementen arbei- stromwiderstand sehr hohen Wertes, der im wesenttenden Schaltung gemäß dem Stand der Technik, liehen den Weg zwischen der Wechselstromquelle 10

Fig. 2 ein schematisches und Blockschaltbild einer und dem Wechselstromverbraucher 12 sperrt. Oder,

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, ao anders ausgedrückt: Der Hauptteil der am Ausgang

Fig. 3a bis 3e die Wirkungsweise der Schaltung der Quelle 10 verfügbaren Spannung tritt an den

nach Fig. 2 veranschaulichende Schaltbilder, ferroelektrischen Speicherelementen 14 und 16 auf,

Fig. 4 ein der Erläuterung der Wirkungsweise der während sich am Wechselstromverbraucher 12 nur

Schaltung nach Fig. 2 dienendes Diagramm und eine sehr kleine Teilspannung ausbildet.

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines erfin- 35 Man kann jetzt den Transcharger mit einem negadungsgemäßen Elektrolumineszenz-Flächenbilddar- tiven Impuls 30 aus der Stellimpulsstufe 22 bestellers. . schicken. Diesem negativen Impuls bietet sich einerin den Figuren sind einander entsprechende seits das Speicherelement 18 in Reihe mit dem Schaltungselemente jeweils mit gleichen Bezugs- Speicherelement 16 und andererseits das Speichernummern bezeichnet. 30 element 18 in Reihe mit dem Speicherelement 14. Da

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer in das Ferroelektrikum des Elementes 16 dünner ist als

der USA.-Patentschrift 2 900 622 vom 18. 8.1959 das des Elementes 14, bevorzugt der Impuls 30 den

(Rajchman und Mitarbeiter) beschriebenen Schal- Weg über das Speicherelement 16, so daß er die

tung. Bei der von dem gestrichelten Block umfaßten Speicherelemente 18 und 16 umpolarisiert (oder teil-

Schaltung handelt es sich um einen sogenannten 35 _weise umpolarisiert). Dieser Umschaltvorgang ist

»Transcharger«. Er enthält eine Wechselstromquelle schematisch durch die gestrichelten Pfeile 32 und 34

10 in Reihe mit einem Wechselstromverbraucher 12 angedeutet. Der Betrag oder das Ausmaß des Schalt-

und zwei ferroelektrischen Speicherelementen 14 effektes hängt von der Amplitude und der Dauer des

und 16. Der Verbraucher 12 ist in der genannten Impulses 30 ab. Der Pfeil 34 weist nunmehr in die

USA.-Patentschrift als Kondensator dargestellt. Die 40 gleiche Richtung wie der Pfeil 28. Somit ist der

eine Klemme der Quelle 10 liegt am Schaltungsnull- Stromkreis 10, 12, 14, 16 entriegelt oder mindestens

punkt. Ein drittes ferroelektrisches Speicherelement ■ teilweise entriegelt, so daß ein größerer Anteil der

18 ist bei 15 an die Verbindungsleitung zwischen den aus der Quelle 10 gelieferten Spannung zum Ver-

Speicherelementen 14 und 16 angeschlossen. braucher 12 gelangt.

Vorzugsweise ist das dielektrische Material im 45 Wie eingangs erwähnt, gibt es bei ferroelektrischen Speicherelement (Kondensator) 16 dünner als das Speicherelementen keine echte elektrische FeIddes Speicherelementes 14. Die Ausdrücke »dünn« stärkeschwelle. Daraus ergeben sich gewisse Schwie- und »dick« beziehen sich auf die Abmessungen des rigkeiten, wenn man versucht, eine Schaltung von Dielektrikums in Richtung senkrecht zur Fläche der der in Fig. 1 gezeigten Art beispielsweise in mit metallischen Beläge oder Elektroden des Konden- 50 Koinzidenzströmen arbeitenden Einrichtungen anzusators, d.h. im wesentlichen auf den Abstand zwi- wenden. Bei derartigen Einrichtungen kann der sehen den Elektroden. Das Dielektrikum des ferro- Wechselstromverbraucher 12 etwa eine Abfrageelektrischen Elementes 18 ist vorzugsweise etwas schaltung sein. An Stelle der Stellimpulsstufe 22 dicker als das der Elemente 14 und 16. Die Gründe treten in diesem Fall eine Quelle von ^-Impulsen und hierfür sind in der obengenannten USA.-Patentschrift 55 eine Quelle von y-Impulsen. Zwei koinzidente x- und erörtert. Die Blöcke 20 und 22 stellen die Stell- bzw. y-Impulse haben zusammen jeweils eine genügend Rückstell- oder Löschstufen dar. Die im Block 20 große Amplitude, um die elektrische Feldstärke-(und ebenso im Block 22) vorhandenen Dioden, schwelle (als »Koerzitivfeldstärke« bezeichnet) des Widerstände u. dgl. sind für das Verständnis der Elementes 18 zu übersteigen. Durch solche Impuls-Arbeitsweise der Schaltung nicht wesentlich und da- 60 paare werden daher die ferroelektrischen Elemente her hier nicht im einzelnen gezeigt. Eine Darstellung 18 und 16 umgeschaltet und der Transcharger entdieser Elemente findet sich in der genannten USA.- riegelt. Dagegen darf durch sogenannte Halbwähl-Patentschrift. impulse, d. h. entweder einen x-Impuls allein oder

Beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 1 wird der einen y-lmpuls allein, der Transcharger nicht ent-Transcharger zunächst mit einem positiven Rück- 6₅ riegelt werden. In der Praxis ist diese Bedingung aber stell- oder Löschimpuls 19 aus der Rückstellimpuls- nicht erfüllt. Vielmehr werden auch durch aufeinquelle 20 beschickt. Der positive Impuls hat eine anderfolgende Halbwählimpulse die Elemente 16 ausreichende Amplitude und Dauer, um die ferro- und 18 geschaltet und der Transcharger entriegelt.

5 6

Dies bedeutet einen schwerwiegenden Nachteil. In Bei einer später zu erläuternden praktischen Auseinigen Fällen ann man diesen Nachteil zwar da- führungsform der Schaltung ist die Dicke der Didurch korrigieren, daß man den Transcharger nach elektrika so gewählt, daß ungefähr 10 Mikrosekunjedem Halbwählimpuls rückstellt, jedoch ist diese den für die Umschaltung der drei Elemente 44, 52 Lösung auf bestimmten Anwendungsgebieten nicht S und 48 und nur 1 Mikrosekunde für die Umschaltung befriedigend bzw. unzweckmäßig. der beiden Elemente 48 und 50 benötigt werden. Bei

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs- dieser Ausführungsform haben die Dielektrika der

gemäßen Schaltung ist in F i g. 2 gezeigt. Die Schal- Elemente 42, 44, 48 und 50 gleiche Dicke, während

tung enthält als Wechselstromverbraucher eine elek- das Dielektrikum des Elementes 52 dicker ist als das

trolumineszente Zelle 40. Sie liegt in Reihe mit ferro- ίο der anderen Elemente. Das Diagramm in F i g. 4

elektrischen Speicherelementen 42 und 44 sowie einer zeigt die Menge an umgeschalteter Ladung, d. h. die

Wechselstromquelle 46. Die Quelle 46 kann einen Polarisation in Abhängigkeit von der Zeit, für einen

Sinusstrom liefern; die Schaltung läßt sich aber auch Stromweg aus Speicherferroelektrika mit einer Um-

mit Wechselströmen von anderem als sinusförmigem schaltzeit von 10 Mikrosekunden. Die Kurve zeigt,

Verlauf speisen. Die Schaltung enthält drei zusatz- 15 daß am Anfang des Schaltvorganges die Änderungs-

liche ferroelektrische Speicherelemente 48, 50 und geschwindigkeit der Polarisation äußerst gering ist.

52. Die Elemente 48 und 50 sind in Reihe geschaltet, In einer Mikrosekunde, d. h. der für die Elemente 48

während das Element 52 zwischen den gemeinsamen und 50 erforderlichen Umschaltzeit, hat praktisch

Verbindungspunkt 54 der Elemente 42 und 44 und keines der Ferroelektrika der Elemente 52 und 44

den gemeinsamen Verbindungspunkt 56 der Elemente 20 seine Polarisationsrichtung geändert. Daraus folgt

48 und 50 geschaltet ist. eindeutig, daß die Polarisation des Elementes 44

Eine als y-Impulsquelle 58 bezeichnete Quelle durch einen einzelnen x-Impuls praktisch nicht bepositiver Impulse ist zwischen das ferroelektrische einfhißt wird.

Element 50 und eine Bezugsspannungsquelle, bei- Ebenso sieht man aus Fig. 3a und 3b, daß es

spielsweise den Schaltungsnullpunkt, geschaltet. Eine 25 unmöglich ist, das Element 42 durch einen einzigen

als *-Impulsquelle 60 bezeichnete zweite Quelle x-Impuls zu schalten. Die Gründe hierfür sind fast

positiver Impulse ist zwischen das ferroelektrische die gleichen wie in dem oben erörterten Fall. Dieser

Element 48 und die Rückstellimpulsquelle 62, die Effekt kann erhöht werden, d. h., die Umschaltung

ebenfalls am Schaltungsnullpunkt liegt, geschaltet. des Elementes 42 läßt sich noch strenger verhindern,

Die Rückstellimpulsquelle liefert negative Impulse 30 indem man das Dielektrikum des Elementes 42 etwas

und hat, wenn sie, wie gezeigt, in Reihe mit der dicker als das des Elementes 44 macht. Dies ist je-

Λτ-Impulsquelle liegt, im inaktiven Zustand einen doch nicht ausschlaggebend, und in der Praxis wur-

niedrigen Wechselstromwiderstand. Die x-Impuls- den gute Ergebnisse mit Elementen 42 und 44 von

quelle und die y-Impulsquelle haben im inaktiven gleicher Dielektrikumdicke erzielt. Der Effekt läßt

Zustand ebenfalls einen niedrigen Wechselstrom- 35 sich auch dadurch erhöhen, daß man in Reihe zwi-

widerstand. sehen die Quelle 46 und die elektrolumineszente

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 soll Zelle40 eine Vorspannbatterie schaltet. Aber auch an Hand der Fig. 3a bis 3e erläutert werden. Die dies ist nicht von entscheidender Bedeutung, und für die ferroelektrischen Elemente angenommene an- einwandfreie Resultate wurden ohne eine derartige fängliche Polarisation ist in Fig. 3a gezeigt. Fig. 3b 40 Vorspannbatterie erhalten. Die Batterie, wenn vorzeigt, was geschieht, wenn lediglich ein x-Impuls zur handen, wird mit ihrem positiven Pol an die elektro-Eingangsklemme 64 gelangt. Inaktive, als nieder- lumineszente Zelle 40 und mit ihrem negativen Pol ohmige Elemente wirkende Impulsquellen sind hier an die Quelle 46 angeschlossen,
und in F i g. 3 c bis 3 e jeweils als galvanische oder F i g. 3 zeigt, was sich in der Schaltung abspielt, Direktverbindung dargestellt. So liegt z. B. in diesem 45 wenn lediglich ein y-Impuls zur Klemme 66 gelangt. Fall die Klemme 66 unmittelbar am Schaltungsnull- Die Elemente 50 und 48 sind bereits in der richtigen punkt statt an der Quelle 58. Der x-Impuls findet Richtung in bezug auf den positiven Impuls polarieinen niederohmigen Weg über die ferroelektrischen siert. Diese Elemente werden daher nicht geschaltet, Elemente 48 und 50 vor. Diese Elemente sind so so daß ein Umschalten längs des Weges 50, 52, 42 polarisiert, daß sie durch den positiven Impuls um- 50 oder längs des Weges 50, 52, 44 nicht möglich ist, da polarisiert werden, wie durch die Pfeile 68' und 70' diese Wege blockiert sind. Zu beachten ist, daß das angedeutet. Element 52 in der »falschen« Richtung in bezug auf

Außerdem ist noch ein zweiter Weg vorhanden, das Element 50 polarisiert ist.

auf dem eine Umschaltung möglich ist. Dieser Weg Fig. 3d zeigt die Wirkungsweise der Schaltung führt über die ferroelektrischen Speicherelemente 44, 55 bei Empfang koinzidenter x- und y-Impulse. In die-52 und 42. Wie durch die Pfeile 72, 74 und 68 in sem Fall führen die Klemmen 64 und 66 die gleiche F i g. 3 a angedeutet, sind diese Elemente in der Polarität und den gleichen oder nahezu den gleichen gleichen Richtung polarisiert. Da jedoch in diesem Spannungspegel. Der Stromweg 48, 50 schaltet daher Weg mehr ferroelektrische Elemente vorhanden sind nicht. Dagegen besteht ein möglicher Weg über die und folglich die effektive Dicke des umzuschalten- ^6o Elemente48, 52 und 44. Wie man in Fig. 3a sieht, den Dielektrikums größer ist als im Stromweg mit sind diese Elemente in der gleichen Richtung polariden Elementen 48 und 50, wird der letztere Weg siert (die Pfeile 72, 74 und 68 weisen sämtlich in bevorzugt. Um diesen Effekt noch zu erhöhen, macht Richtung der Klemme 64). Der an der Klemme 64 man vorzugsweise das Dielektrikum des Elementes empfangene positive Impuls polarisiert daher die 52 dicker als das der anderen Elemente. Und zwar 65 Elemente 48, 52 und 44 um, wie durch die Pfeile kann, wie später ausgeführt werden wird, das EIe- 68", 74" und 72" in Fig. 3d angedeutet. Die Element 52 doppelt oder mehrfach so dick sein wie die mente 42 und 44 sind nunmehr in der gleichen Richübrigen Elemente 42, 44, 48 und 50. tung polarisiert, wie durch die Pfeile 76 und 72" an-

7 8

gedeutet. Dies bedeutet, daß der Stromkreis 40, 42, diese Elemente enthaltende Weg blockiert ist. Unter 44, 46 entriegelt ist und die elektrolumineszente diesen Voraussetzungen wird die elektrolumineszente Zelle 40 erregt wird. Zelle 40 inaktiviert oder gelöscht.
Wenn die gleichzeitig an den Klemmen 64 und 66 Fig. 5 zeigt eine Anordnung von 2 · 2 »Zellen« erscheinenden Impulse von ausreichender Amplitude 5 eines Elektrolumineszenz-Flächenbilddarstellers. In und Dauer sind, wird das Element 44 vollständig der Praxis kann die Bilddarstellungfläche sehr viel vom einen Polarisationszustand in den anderen um- größer sein, d. h. aus sehr viel mehr ZeUen bestehen; geschaltet. Dadurch wird die Schaltung vollständig jedoch genügen, um das Arbeitsprinzip zu erläutern, entriegelt und die elektrolumineszente Zelle 40 auf die gezeigten vier Zellen. Im Fall von langsam maximale Helligkeit gezündet. Bei bestimmten Elek- 10 laufenden oder langstehenden Darstellungen, wie sie trolumineszenz-Flächendarstellungen, wie z. B. Fern- z. B. für Radar, Zahlendarstelltafeln od. dgl. benötigt sehbilddarstellungen, legt man aber häufig Wert dar- werden, kann man die koinzidenten x- und y-Impulse auf, Halbtöne wiedergeben zu können. Dies ist mit den erfindungsgemäßen Speicherelementen direkt zuder gezeigten Schaltung möglich. Die den Klemmen leiten. In der Zeichnung sind zwei *-Impulsquellen X₁ 64 und 66 zugeleiteten koinzidenten x- und y-Im- 15 und x₂ und zwei y-Impulsquellen V₁ und y₂ gezeigt, pulse können in ihrer Amplitude und/oder Dauer so Die Wechselstromquelle 46 ist sämtlichen Zellen des bemessen werden, daß sie das Element 44 nicht voll- Darstellschirmes oder -rasters gemeinsam. Das ständig, sondern nur teilweise umpolarisieren. In der gleiche gilt für den als Masse dargestellten Bezugs-Praxis kann es zweckmäßig sein, die x-Impulse mit Spannungspunkt oder Schaltungsnullpunkt. Zum unveränderlicher Amplitude und die y-Impulse mit _ao Adressieren der Zellen kann man Zeilen- und einer Amplitude (oder Dauer) zu betreiben, die dem- Spaltenwähler oder ähnliche Schaltungsanordnungen jenigen Helligkeitswert proportional ist, der für das allgemein bekannter Art an Stelle von getrennten betreffende, von den Koinzidenzimpulsen ange- Treibern für die einzelnen Zeilen und Spalten versteuerte Bildelement (d. h. die elektrolumineszente wenden. Da jedoch diese Einrichtungen nicht zum Zelle 40) gewünscht wird, vorausgesetzt, daß der 25 Gegenstand vorliegender Erfindung gehören, sind Amplitudenunterschied zwischen den x- und y-Im- sie in der Zeichnung nicht gezeigt,
pulsen nicht zu groß ist. Es können aber auch die Während man an sich für das gesamte Darstell- x- und die y-Impulse gleiche Amplitude haben, die raster einen gemeinsamen Löschgenerator verwendann jeweils entsprechend den gewünschten Halb- den kann, sieht man vorzugsweise je eine Löschstufe tönen verändert wird. Diese Anordnung ist deshalb 30 pro Zeile vor (unter der Voraussetzung, daß wie vorteilhaft, weil koinzidente und gleiche x- und beim Fernsehen die Abtastgeschwindigkeit in der y-Impulse an den Elementen 50 und 48 Spannungen Zeilenrichtung größer ist als in der Spaltenrichtung), entwickeln, deren Differenz stets gleich Null ist. Die Löschstufen sind bei 80 bzw. 82 gezeigt. Indem

Wenn die elektrolumineszente Zelle 40 einmal ge- man jeweils sämtliche Zellen einer Zeile gleichzeitig zündet ist, bleibt sie bis zum Löschen eingeschaltet, 35 löscht, erreicht man, daß die einzelnen Zeilen jeweils d. h. leuchtend, weil der Stromweg mit den Elemen- über annähernd das gesamte Intervall, da Nachrichten 48, 50 nunmehr blockiert ist. Man sieht, daß die ten in den übrigen Zeilen des Rasters niederge-Pfeile 68" und 70" jetzt in entgegengesetzten Rieh- schrieben werden (d. h. über ein gesamtes Rastertungen weisen, was einer entgegengesetzten Polari- Intervall), auf der Darstellfläche stehenbleiben könsation der beiden Elemente entspricht. Ein entweder 40 nen. Dadurch wird die Gesamthelligkeit der Darzur Klemme 64 oder zur Klemme 66 gelangender stellung erhöht.

Störimpuls kann daher den Weg mit den beiden Im Betrieb wird zunächst eine Zeile gelöscht und Elementen 48 und 50 nicht durchlaufen. Zwar stünde anschließend eine Nachricht in dieser Zeile niedereinem solchen Störimpuls ein Weg etwa über 50, 52, geschrieben. Die Nachricht bleibt so lange in der 44 oder 48, 52, 44 offen; da jedoch diese Wege be- 45 betreffenden Zeile gespeichert, bis die Zeile im Zuge reits in der richtigen Richtung in bezug auf den Stör- ihres nächstfolgenden Niederschreibzyklus wieder impuls polarisiert sind, kann ein Umschalten nicht gelöscht wird. Beispielsweise wird bei einem Elektrostattfinden. Falls die Elemente 44 und 42 in entgegen- lumineszenz-Darstellraster mit 600 Zeilen eine gegesetzter Richtung zu den Pfeilen 72" und 76 polari- gebene Zeile während eines ersten Zeitintervalls siert sind, bleibt die Situation trotzdem die gleiche. 50 niedergeschrieben. Diese Zeile bleibt stehen, d. h., die Der niederohmige Weg, der in diesem Fall das EIe- gewählten elektrolumineszenten Zellen der Zeile ment 42 enthält, ist dann in einer solchen Richtung bleiben aktiviert bis zum 601. Zeitintervall, in dem polarisiert, daß ein Halbwähl- oder Störimpuls keine die Zeile gelöscht und mit neuer Nachricht gespeist Umschaltung verursachen kann. werden muß.

Die Rückstellung oder Löschung der Schaltung ist 55 Bei schnellaufenden oder kurzzeitigen Darstellun-

in F i g. 3 e veranschaulicht. Um die Löschung vor- gen, wie sie z. B. für Fernsehbildwände benötigt wer-

zunehmen, wird der Klemme 64 ein negativer Impuls den, ist es zweckmäßig, die Nachrichten jeweils

zugeleitet. (Gewünschtenfalls- kann man den Lösch- zeilenweise (d. h. in sämtliche Zellen einer Zeile zu-

impuls auch der Klemme 66 zuleiten.) Wie man in gleich) statt bitweise niederzuschreiben. In der

Fig. 3d sieht, sind die Elemente 48, 52 und 44 60 Praxis kann für die Niederschrift einer Zeile nur ein

sämtlich in der gleichen Richtung polarisiert. Ein zur Zeitraum von 60 Mikrosekunden zur Verfügung

Klemme 64 gelangender negativer Impuls polarisiert stehen. Die Nachricht kann vorübergehend in einer

diese drei Elemente um, wie durch die Pfeile 68"', Zwischenspeicherabteilung mit beispielsweise 600

74"' und 72"' in Fig. 3e angedeutet. Die Elemente Schnellspeicherzellen gespeichert werden. Dies setzt

50 und 48 sind nunmehr in der gleichen Richtung 65 voraus, daß 600 Speicherzellen pro Zeile vorhanden

polarisiert, so daß der diese Elemente enthaltende sind. Der Inhalt des Zwischenspeichers kann sodann

Stromweg entriegelt ist. Dagegen sind die Elemente parallel in die entsprechende Zeile des Darstell-

42 und 44 entgegengesetzt polarisiert, so daß der rasters überschrieben werden. Das kann in der Weise

geschehen, daß man die gespeicherten Bits den einzelnen Spaltenleitern zuleitet und zugleich die betreffende x-Zeile des Speichers, in den der Inhalt des Zwischenspeichers überschrieben werden soll, mit einem Wählimpuls beschickt. Gleichzeitig kann eine zweite Zwischenspeicherabteilung die in der nächsten Zeile des Darstellers niederzuschreibenden Daten empfangen und vorübergehend speichern. Eine ausführliche Beschreibung eines Systems, das mit einem Zwischenspeicher für die vorübergehende Speicherung der simultan in einer Zeile niederzuschreibenden Nachricht arbeitet, ist in der USA.-Patentschrift 3 021 387 vom 13. 2.1962 (Rajchman) zu finden.

Der Grund dafür, daß man besser zeilenweise statt bitweise niederschreibt, ist, daß man in diesem Fall Speicherzellen mit einer etwas größeren Ansprechträgheit verwenden kann. Wie bereits erwähnt, können etwa 10 Mikrosekunden erforderlich sein, um unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung eine Nachricht in eine elektrolumineszente Speicher- ao zelle einzuschreiben. Wenn eine Zeile 600 Zellen enthält und für das Einschreiben eines Nachrichtenstückes in eine Zeile jeweils nur 60 Mikrosekunden zulässig sind, so steht für die Niederschrift eines Bits in eine Zelle nur Vio Mikrosekunde zur Verfügung, falls koinzidente Impulse der Zelle direkt zugeleitet werden. Wenn man dagegen die Nachricht jeweils zeilenweise in den Zwischenspeicher einschreibt, so stehen für die Niederschrift in die einzelnen elektrolumineszenten Zellen einer Zeile jeweils 60 Mikro-Sekunden zur Verfügung, was weit unterhalb der Grenze der Leistungsfähigkeit des vorliegenden Systems liegt.

Die erfindungsgemäße ferroelektrische Schaltungsanordnung enthält fünf ferroelektrische Speicherzellen. Eine einfache Methode, nach der sich eine derartige Anordnung aufbauen läßt und die sich für die serienmäßige Herstellung eignet, besteht darin, daß man einen Einkristall aus ferroelektrischem Stoff mit räumlich beabstandeten Elektroden, die aus auf zwei gegenüberliegende Seiten des Kristalls aufgedampftem Gold bestehen, zubereitet. Dabei kann man das elektrolumineszente Element auf dem gleichen Kristall anbringen wie die ferroelektrischen Kondensatorbeläge.

Für eine erfindungsgemäße ferroelektrische Anordnung lassen sich die folgenden Schaltungselemente, die jedoch hier nur beispielsweise angeführt und daher nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen sind, verwenden:

Ferroelektrische Elemente 42, 44, 48 und 50:

Dielektrikumdicke 0,15 mm, Elektrodenfläche 3 mm²;

Ferroelektrisches Element 52:

Dielektrikumdicke 0,3 mm, Elektrodenfläche 3 mm²;

Ferroelektrikum:

Triglycinsulfat-Einkristalle;

Elektrodenmaterial:

Auf das Triglycinsulfat mittels geeigneter Masken im Vakuum aufgedampftes Gold.

Als elektrolumineszente Zelle kann man die in der obengenannten USA.-Patentschrift 3 021387 beschriebene Ausführung verwenden. Vorzugsweise ist die Kapazität der elektrolumineszenten Zelle wesentlich größer als die ferroelektrischer Elemente, wie z. B. der Elemente 42 und 44. Beispielsweise kann die Kapazität der elektrolumineszenten Zelle das Zehnfache der Kapazität eines ferroelektrischen Elementes, z. B. 42, betragen. Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform hatte die elektrolumineszente Zelle eine Kapazität von ungefähr 50 Pikofarad, während die ferroelektrischen Elemente, z. B. 42, eine Kapazität von ungefähr 5 Pikofarad hatten. Die Frequenz der Stromquelle 46 kann im Bereich von 10000 bis 20000 Kilohertz liegen. Es wurde gefunden, daß mit zunehmender Frequenz auch der Kontrast und die Helligkeit sich erhöhen. Zugleich steigt jedo'ch mit zunehmender Frequenz auch der Leistungsverbrauch im Darsteller an. Obwohl der Leistungsverbrauch sich erhöht, bleibt die von den elektrolumineszenten Zellen verbrauchte Leistung mit zunehmender Frequenz ungefähr konstant. Der angegebene Frequenzbereich von 10000 bis 20000 Kilohertz stellt einen brauchbaren Kompromiß dar, bei dem einerseits Kontrast und Helligkeit recht gut sind und andererseits der gesamte Leistungsverbrauch verhältnismäßig gering ist.

Die Spannungsamplitude des von der Quelle 46 gelieferten Sinussignals kann 200VoIt Spitze betragen. Es wurde gefunden, daß der Kontrast sich mit zunehmender Spannung erhöht und einen Maximalwert bei ungefähr 180 Volt erreicht, wenn die Amplitude des Sinussignals gerade ungefähr ausreicht, um die gesamte Polarisation umzuschalten. Amplitude der koinzidenten Stromimpulse: ungefähr 50VoIt; Dauer der koinzidenten Stromimpulse: bis zu 60 Mikrosekunden.

Wenn die Amplitude des Sinussignals zu groß ist, kann es vorkommen, daß die Wechselstromquelle 46 ein gewisses Maß an teilweiser (ungewollter) Umschaltung (Entriegelung) verursacht. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch verhindern, daß man, wie bereits erklärt, für das Element 52 eine dicke Ferroelektrikumschicht (etwa von mindestens der doppelten Dicke der Ferroelektrikumschichten der anderen Elemente) verwendet. Ein anderer Weg besteht darin, die Quelle 10 durch zwei Quellen zu ersetzen, deren eine positive Halbwellen einer Sinusschwingung und deren andere ebenfalls positive Halbwellen einer Sinusschwingung der gleichen Frequenz, die jedoch jeweils zwischen den Perioden der Sinusschwingung der ersten Quelle liegen, liefert. Diese beiden Quellen schaltet man in Reihe, und der Schaltungsnullpunktanschluß wird an die gemeinsame Verbindung zwischen beiden Quellen statt an die in F i g. 2 gezeigte Stelle gelegt.

Claims

Patentansprüche:

1. Ferroelektrische Steuerschaltung mit einem Wechselstromverbraucher, zwei ferroelektrischen Speicherelementen und einer Wechselstromquelle in Reihenschaltung sowie einer Einrichtung zum Polarisieren der Speicherelemente in entgegengesetzten Richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Speicherelemente Einrichtungen angekoppelt sind, die bei Empfang eines Einzelimpulses diesem einen niederohmigen Weg schaffen und bei Empfang von zwei gleichzeitigen Impulsen eines der beiden Speicherelemente umpolarisieren.

509 740ß91

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den beiden Speicherelementen gekoppelten Einrichtungen aus der Reihenschaltung eines dritten und eines vierten ferroelektrischen Speicherelementes bestehen.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung des dritten und des vierten ferroelektrischen Speicherelementes an ihrem gemeinsamen Verbindungspunkt mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Speicherelementes verbunden ist und daß an die freien Elektroden des .dritten und des vierten Speicherelementes eine erste bzw. eine zweite Impulsquelle angeschlossen ist, wobei das dritte und das vierte Speicherelement nichtkoinzidenten Impulsen aus den Impulsquellen einen niederohmigen Weg bieten und wobei entweder das dritte oder das vierte Speicherelement plus dem ersten bzw. dem zweiten Speicherelement für aus den Impulsquellen empfangene koinzidente Impulse einen Stromweg bilden derart, daß diese Impulse das erste bzw. das zweite Speicherelement umpolarisieren.

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Speicherelementen gekoppelten Einrichtungen bei Empfang eines Einzelimpulses gegebener Polarität diesem einen niederohmigen Weg, der diese Speicherelemente nicht enthält, bieten und bei Empfang zweier koinzidenter Impulse der gleichen gegebenen Polartät eines der Speicherelemente umpolarisieren.

5. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein fünftes ferroelektrisches Speicherelement zwischen den gemeinsamen Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Speicherelementes und den gemeinsamen Verbindungspunkt des dritten und des vierten Speicherlementes geschaltet ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für sämtliche ferroelektrischen Speicherelemente ein gemeinsamer ferroelektrischer Körper als Dielektrikum verwendet wird.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 2, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stelle der Schaltung zwischen dem ersten oder dem zweiten Speicherelement und der Wechselstromquelle am Schaltungsnullpunkt liegt und daß die erste Impulsquelle zwischen den freien Anschluß des dritten Speicherelementes und den Schaltungsnullpunkt und die zweite Impulsquelle zwischen den freien Anschluß des vierten Speicherelementes und den Schaltungsnullpunkt geschaltet ist.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte ferroelektrische Speicherelement eine wesentlich längere Schaltzeit hat als sämtliche anderen Speicherelemente und daß die beiden Impulsquellen Impulse gleicher Polarität liefern.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 5, 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen Löschgenerator, der über das fünfte Speicherelement mit dem das erste und das zweite Speicherelement enthaltenden Stromkreis gekoppelt ist.

10. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher eine elektrolumineszente Zelle ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen