DE1512393A1 - Waehl- und Speicherschaltung fuer einen Bilddarsteller - Google Patents

Description

6408-66/Kö/S

ROA 56 131
Convention Date¹
February 15, 1966

Radio Corporation of America, New York, Ν.Ϊ., U.S.A.

Wähl- und Speicherschaltung für einen Bilddarsteller

Die Erfindung betrifft eine Wähl- und Speicherschaltung für einen Bilddarsteller, und zwar insbesondere einen solchen mit einer Anzahl von lichtemittierenden Elementen, die einzeln unter der Steuerung einer Signalquelle betätigt oder erregt werden können.

Vorteilhafterweise dienen als lichtemittierende Elemente Festkörperelemente, die sequentiell, d.h. nacheinander durch ein Bildsignal oder dergl. Signal angesteuert werden. Die

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sequentielle Zuleitung des Bildsignals an die lichtemittierenden Elemente kann unter der Steuerung eines periodisch arbeitenden Äbtastgenerators erfolgen. Das einem gewählten lichtemittierenden Element zugeleitete Bildsignal kann so lange gehalten oder gespeichert werden, bis das betreffende Element während einer folgenden Periode wiederum gewählt ^ wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Bilddarsteller mit einer Wähl- und Speicherschaltung für eine Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen zu schaffen.

Erfindungsgemäß ist eine Wähl- und Speicherschaltung für einen Bilddarsteller mit einer Anzahl von lichtemittierenden Elementen und einer Informationssignalquelle gekennzeichnet durch eine Anzahl von paarweise vorgesehenen Feldeffekttransistoren mit jeweils einem stromleitenden Kanal ) und einer Steuerelektrode für die Steuerung der Leitfähigkeit dieses Kanals, wobei mindestens die Steuerelektrode des ersten Transistors jedes Paares vom betreffenden Kanal isoliert ist, wobei ferner die Kanäle der ersten Transistoren der einzelnen Paare in Reihe mit jeweils einem der lichtemittierenden Elemente und die Kanäle der zweiten Transistoren der einzelnen Paare jeweils zwischen die Steuerelektrode des betreffenden ersten Transistors und die Informations-

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signalquelle geschaltet sind, und wobei schließlich durch eine Steuersignaleinrichtung den Steuerelektroden der zweiten Transistoren selektiv Steuersignale zugeleitet werden.

Die Erfindung läßt sich auf einen Bilddarsteller mit einer Anordnung von Lichtzellen anwenden, von denen jede mindestens einen Spalten-Feldeffekttransistor und einen Ausgangs-Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode i enthält. Wenn die Anordnung matrix- oder koordinatenförmig mit Zeilen und Spalten von Lichtzellen ausgelegt ist, ist für jede Zeile ein weiterer Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode vorgesehen. In jeder Zelle ist das lichtemittierende Element in Reihe mit dem Kanal des Ausgangstransistors geschaltet· Der Spaltentransistor ist mit seinem Kanal einerseits an die Steuerelektrode des Ausgangstransistors und andererseits über den Kanal des dazugehörigen Zeilentransistors an eine Bildsignalquelle angekoppelt. Von einem Spalten- und einem Zeilenabtastgenerator wird das Bildsignal selektiv über die Kanäle der jeweils gewählten Spalten- und Zeilentransistoren zur Steuerelektrode des Ausgangstransistors der einzelnen Zellen geschleust.

In der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, zeigen:

Figur 1 das Blockschaltschema eines Bilddarstellungs-

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schirmes mit Steuerschaltungsanordnung; und

Figur 2 das Schaltschema einer Steuerschaltung für eine der Lichtzellen des Bilddarstellungsschirmes.

In Figur 1 sind eine Anzahl von Lichtzellen 10 matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet, so daß sich ein Bilddarstellungsschirm oder eine Bilddarstellungsfläche mit Darstellungsmöglichkeit für statische oder dynamische Bilder ergibt.. Der Einfachheit halber sind nur die jeweils ersten und letzten Lichtzellen der Zeilen und Spalten gezeigt. Jede der Lichtzellen 10 enthält ein lichtemittierendes Element sowie eine Schaltung für die Durchführung der im Zusammenhang mit Figur 2 näher zu beschreibenden Halte- oder Speicherfunktion. An den Spaltenanschluß 100 jeder Lichtzelle in den einzelnen Spalten sind Spaltenleiter T11 und Y1M angeschaltet. In entsprechender Weise sind an den Zeilenanschluß 1OR der Lichtzellen in den einzelnen Zeilen Zeilenleiter X11 und X1M angeschaltet. Die gestrichelten Teile der Zeilen- und Spaltenleiter deuten an, daß in den einzelnen Zeilen und Spalten der Matrix weitere Lichtzellen eingeschaltet sein können. Eine Erregerspannungsquelle 4 ist mit ihrem einen Pol an den Speiseanschluß 1OE der einzelnen Lichtzellen der Matrix und mit ihrem anderen Pol an einen Bezugspotentialpunkt (Masse) angeschlossen.

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Die Spaltenleiter Y11 und Y1N sind mit den Ausgangsleitern Y1 und YM eines Spaltenabtastgenerators 1 verbunden. Die Zeilenleiter X11 und X1M sind mit den Ausgangsklemmen von den einzelnen Zeilen zugeordneten Schleusen G1 und GN verbunden. Die Eingangsklemmen der einzelnen Schleusen G1 und GlT sind gemeinsam an die Ausgangsklemme 5 einer Bildsignalquelle 3 angeschlossen, deren andere Klemme an Masse liegt. Die Steuereingänge der Schleusen G1 und GN sind an die Ausgangsleiter X1 und XN eines Zeilenabtastgenerators angeschaltet.

Die Bildsignalquelle 5 liefert an ihrer Ausgangsklemme 5 ein Bildsignal, dessen Verlauf den Inhalt des darzustellenden Bildes verkörpert. Die Bildsignalquelle 3 kann beispielsweise eine Fernsehanlage, eine Datenverarbeitungsanlage oder dergl. sein.

Als Spalten- und Zeilenabtastgenerator kommen übliche ( Hingzähler in Frage, die an ihren Ausgängen während der einzelnen Betriebsperioden sequentiell ein digitales Steuersignal liefern. Sowohl der Zeilenabtastgenerator als auch der Spaltenabtastgenerator arbeiten unter der oteuerung eines Taktgebers, angedeutet durch die am Zeilen- bzw. Spaltenabtastgenerator vorgesehenen Klemmen 0P1 bzw. CP2. Der Taktgeber kann üblich ausgebildet sein.

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Im Betrieb der Anordnung werden vom Zeilenabtastgenerator 2 sequentiell die Schleusen G1 und GN aufgetastet, so daß das Bildsignal in die Zeilenleiter X11 und X1N gelangt. Die Dauer der vom Zeilenabtastgenerator gelieferten digitalen Steuerimpulse ist so bemessen, daß die gewählte Schleuse über einen Zeitraum aufgetastet bleibt, der ausreicht, um den Spaltenabtastgenerator in die Lage zu setzen, sämtliche Lichtzellen in der jeweils gewählten Zeile nacheinander mit digitalen Spaltensteuerimpulsen zu beschicken. Wenn beispielsweise die Zeile X11 gewählt ist, beschickt der Zeilenabtastgenerator 2 den Steuereingang der Schleuse G1 mit einem digitalen Zeilensteuerimpuls, durch den die Schleuse G1 aufgetastet wird, so daß das Bildsignal zu den Lichtzellen in der oberen Zeile der gezeigten Anordnung gelangt. Während die Schleuse G1 aufgetastet ist, beschickt der Spaltenabtastgenerator 1 als erstes die Lichtzellen 10 der linken Spalte der gezeigten Anordnung mit einem digitalen Spaltensteuerimpuls. Da zu dieser Zeit lediglich die Schleuse G1 aufgetastet ist, wird nur die oberste Lichtzelle der linken Spalte gewählt. Das lichtemittierende Element der gewählten Lichtzelle spricht auf das Bildsignal mit einer Lichtintensität an, die der Amplitude des Bildsignals zu dieser Zeit proportional ist. Wenn der digitale Spaltensteuerimpuls im Spaltenleiter Y11 endet, beschickt der Spaltenabtastgenerator nacheinander die übrigen Spaltenleiter mit entsprechenden

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digitalen Spaltensteuerimpulsen. Wenn der der letzten Spalte zugeführte digitale Spaltensteuerimpuls endet, endet auch der der Schleuse G1 zugeleitete digitale Zeilensteuerimpuls. Der Zeilen- und der Spaltenabtastgenerator tasten dann nacheinander die übrigen Lichtzellenzeilen der Anordnung ab. Nach dem Abtasten der letzten oder unteren Lichtzellenzeile wird wieder die erste oder obere Zeile abgetastet, und so weiter.

Während der Zeit, da eine Lichtzelle nicht gewählt ist, muß die während des Wählintervalls empfangene Information solange festgehalten oder gespeichert werden, bis die betreffende Lichtzelle während der nächsten Abtastperiode wiederum gewählt wird. Eine Schaltungsanordnung für die Durchführung dieser Speicher- oder Haltefunktion ist in figur 2 gezeigt. Der Einfachheit halber ist in Figur 2 lediglich die Schaltung für die durch den Spaltenleiter Y11 und den Zeilenleiter X11 definierte Lichtzelle 10 sowie die zu dieser Zeile gehörige Schleuse gezeigt.

Die Anordnung nach Figur 2 enthälfein elektrisch erregbares, lichtemittierendes Element, dargestellt als Lumineszenzdiode 20, die beispielsweise eine Galliumarsenid-Lumineszenzdiode sein kanu. Die Diode 20 ist mit ihrer Anode über den Speiseanschlug 1OB der Zelle an den positiven Pol der Erreger-

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gleichspannungsquelle 4, deren negativer Pol geerdet ist, angeschlossen. Die Kathode der Diode 20 ist an entweder die Quellenelektrode oder die Abflußelektrode, beispielsweise die Elektrode 22, eines ersten Feldeffekttransistors 21 vom η-Typ angeschaltet. Die andere 23 dieser beiden Elektroden des Feldeffekttransistors 21 liegt an Masse.

Mit seiner Steuerelektrode 24 ist der Feldeffekttransistor 21 an entweder die Quellenelektrode oder die Abflußelektrode, beispielsweise die Elektrode 26, eines zweiten Feldeffekttransistors 25 vom η-Typ angeschlossen. Die andere 27 dieser beiden Elektroden des Feldeffekttransistors 25 ist über den Zeilenanschluß 1OR der Zelle mit dem Zeilenleiter X11 verbunden. Die Steuerelektrode 28 des Transistors 25 ist über den Spaltenanschluß 100 der Zelle mit dem Spaltenleiter Y11 verbunden.

Der Zeilenleiter X11 ist ferner mit entweder der Quellenelektrode oder der Abflußelektrode, beispielsweise der Elektrode 30, eines weiteren Feldeffekttransistors 29 vom η-Typ verbunden. Die andere 31 dieser beiden Elektroden des Transistors 29 ist an die Ausgangsklemme 5 der Bildsignalquelle angeschaltet. Die Steuerelektrode 32 ist mit dem Ausgang XI des Zeilenabtastgenerators 2 verbunden.

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Für jede der im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnten Lichtzellen ist jeweils ein erster und ein zweiter Transistor vorgesehen. So umfassen die Transistoren 21 und 25 zusammen mit der Diode 20 nach Figur 2 die Lichtzelle 10 in der Anordnung nach Figur 1. Der Transistor 29 nach Figur 2 "bildet die Schleuse G1 in der Anordnung nach Figur 1 und ist daher bei der gezeigten Anordnung sämtlichen Lichtzellen der betreffenden Zeile gemeinsam.

Für die Feldeffekttransistoren 21, 25 und 29 werden vorzugsweise MOS-Transistoren (Metall-Oxyd-Halbleiter-Transistoren) oder Dünnschichttransistoren mit isolierter Steuerelektrode verwendet. Wie aus der nachstehenden Erörterung noch ersichtlich werden wird, sollte in jeder Lichtzelle mindestens der erste Transistor ein Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode sein. Bei der gezeigten Polarität der Erregerspannungsquelle 4 sind die Transistoren vom stromerregenden Typ. MOS- und Dünnschichttransistoren sind zweiseitig gerichtete Bauelemente in dem Sinne, daß ein Strom den durch die Quellenelektrode und die Abflußelektrode gebildeten Kanal in beiden Sichtungen durchfließen kann.

Die Lichtzellen-Schaltungsanordnung arbeitet in folgender Weise. Es soll zunächst vorausgesetzt werden, daß die Klemme L 1 und der Spaltenleiter X11 verhältnismäßig niedrige Span-

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nungen führen, so daß die Transistoren 25 und 29 gesperrt sind. Das bei 35 angedeutete Bildsignal ist daher von der Lichtzelle isoliert. Wenn die oberste Zeile der Anordnung vom Zeilenabtastgenerator gewählt wird, erscheint am Generatorausgang X1 ein bei 33 angedeuteter digitaler Zeilensteuerimpuls. Zu diesem Zeitpunkt ist der Impuls 33 ausreichend positiv, um den Transistor 29 zu öffnen, so daß das Bildsignal in den Zeilenleiter X11 gekoppelt wird.

Während der Anwesenheit des Zeilenimpulses 33 erzeugt der Spaltenabtastgenerator 1 im Spaltenleiter Y11 einen bei 34 angedeuteten digitalen Spaltenimpuls. Der Spaltenimpuls 34- ist zu diesem Zeitpunkt ausreichend positiv, um den Transistor 25 zu öffnen. Wenn somit beide Transistoren 25 und geöffnet sind, wird das Bildsignal über die niederohmigen Kanäle dieser Transistoren auf die Steuerelektrode 24 des Ausgangstransistors 21 gekoppelt. Die Eingangskapazität 0 des Ausgangstransistors 21 (angedeutet durch die gestrichelten Linien) wird auf einen Wert aufgeladen, der ungefähr gleich der Amplitude des Bildsignals ist. Ein der Ladung der Kapazität G proportionaler Strom fließt im konventionellen Sinne vom positiven Pol der Spannungsquelle 4 durch die Diode 20 und den Kanal des Transistors 21 nach Masse.

Wenn der Spaltenimpuls 34 endet, wird der Transistor

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gesperrt, so daß das Bildsignal von der Steuerelektrode des Ausgangstransistors 21 entkoppelt wird. Jedoch bleibt die Eingangskapazität 0 auf im wesentlichen die Amplitude des Bildsignals während des Wählintervalls aufgeladen. Die Signalinformation bleibt somit in der Eingangskapazität 0 gespeichert, und zwar für eine Zeitdauer, die durch die Widerstände der Kanäle der gesperrten Transistoren 25 und 29 und durch den Wert der Eingangskapazität G bestimmt ist. Diese Speicherzeit, die bei derzeitigen MOS-Transistoren in der Größenordnung von einer Sekunde beträgt, ist beispielsweise für ein Videosystem , bei dem nach den derzeitigen Normen die Dauer einer Abtastperiode 1/50 Sekunde beträgt, ausreichend.

Während der Zeit, da die Zelle nicht gewählt ist, fließt durch die Diode 20 weiter ein der Ladung der Eingangskapazität C proportionaler Strom, so daß die Intensität des emittierten Lichtes während dieser Zeit im wesentlichen konstant bleibt. Wenn die Zelle erneut gewählt wird, wird die Eingangskapazität 0 auf die Amplitude aufgeladen, die das Bildsignal zu diesem Zeitpunkt, hat.

Bei Darstellungsschirmen oder -flächen mit einer großen Anzahl von Lichtzellen (in der Größenordnung von 10 oder mehr) in einer Zeile kann es geschehen, daß der gewählte Zeilen-

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leiter infolge der kumulativen Eingangskapazitäten der parallelgeschalteten Lichtzellen überlastet wird, so daß das Bildsignal wechselstrommäßig nach Masse kurzgeschlossen wird. In Figur 2 läßt sich dieser Zustand "beispielsweise durch eine zwischen die Abflußelektrode 30 des Transistors 29 und Masse geschaltete große Kapazität (nicht gezeigt) symbolisieren. Dieser Zustand kann dadurch vermieden werden, daß man jede Lichtzelle mit ihrem eigenen Zeilentransistor 29 ausrüstet und den Zeilenimpuls 33 den Steuerelektroden dieser einzelnen Zeilentransistoren zuleitet. Auch könnte man für jede Zeile der Anordnung eine Gruppe von Zeilentransistoren 29 (nicht gezeigt vorsehen, wobei die Anzahl von Zeilentransistoren für jede Zeile kleiner ist als die Anzahl der Lichtzellen in der. betreffenden Zeile. In diesem !alle wäre ein einzelner Zeilentransistor hur einem Teil der Lichtzellen der Zeile zugeordnet.

An Stelle der gezeigten Feldeffekttransistoren vom n-Typ kann man natürlich auch Feldeffekttransistoren vom p-Typ verwenden, vorausgesetzt, daß die Polaritäten der lichtemittierenden Diode 20, der Spannungsquelle 4 und der Spalten- und Zeilenimpulse umgekehrt werden. Selbstverständlich brauchen die Lichtζeilen auch nicht in einer Matrix von Zeilen und Spalten angeordnet zu sein* Beispielsweise kann die Anordnung auch aus einer einzigen Zeile oder Spalte

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von periodisch, abgetasteten Lichtzellen bestehen, in welchem Falle nur ein Schleusentransistor, entsprechend einem der Zeilen- und Spaltentransistoren, erforderlich ist.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Wähl- und Speicherschaltung für einen Bilddarsteller mit einer Anzahl von lichtemittierenden Elementen und einer Informationssignalquelle, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzahl von Paaren von FeId-

" effekttransistoren mit jeweils einem stromleitenden Kanal und einer Steuerelektrode zum Steuern der Leitfähigkeit dieses Kanals vorgesehen sind, wobei die Steuerelektrode mindestens des ersten Transistors (21) jedes Paars vom Kanal dieses Transistors isoliert ist; daß die Kanäle der ersten Transistoren (21) der einzelnen Paare jeweils in Reihe mit einem der lichtemittierenden Elemente (20) und die Kanäle der zweiten Transistoren (25) der einzelnen Paare jeweils zwischen die Steuerelektrode des entsprechenden ersten Transistors (21) und die Informationssignalquelle (3) geschaltet sind; und daß eine Steuersignalquelle (1) die Steuerelektroden der zweiten Transistoren der einzelnen Paare selektiv mit Steuersignalen beschickt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die lichtemittierenden Elemente matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind.

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3 · Schal tung nach. Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß für jede Zeile ein Schleusenelement in Form eines weiteren Feldeffekttransistors (29) mit stromleitendem Kanal und Steuerelektrode zum Steuern der Leitfähigkeit dieses Kanals vorgesehen ist und daß die Kanäle der zweiten Transistoren der einzelnen Zeilen jeweils in Reihe mit den Kanälen der betreffenden weiteren Transistoren (29) geschaltet sind und die Steuerelektroden der betreffenden ersten Transistoren (21) mit der Informationssignalquelle koppeln#

4-, Schaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Steuersignalquelle Spaltenleiter enthält, die jeweils an die Steuerelektroden der zweiten Transistoren der entsprechenden Spalten angeschlossen sind, derart, daß den Spaltenleitern selektiv Spaltensteuersignale zugeleitet werden.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4-, gekennzeichnet durch eine weitere Steuersignalquelle (2), welche die Steuerelektroden der weiteren Transistoren (29) selektiv mit Zeilensteuersignalen beseüblet.

6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch. g e -

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kennzeichnet _f daß die ßteuersignalquelle einen ßpaltenabtastgenerator (1) enthält, der sequentiell Spaltensteuersignale liefert.

7· Schaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die weitere Steuersignalquelle einen ZeilenabtaBtgenerator (2) enthält, der sequentiell Zeilensteuersignale liefert, die den entsprechenden Schleusenelementen zugeleitet werden.

8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Elemente (20) Festkörper-Lumineszenzelemente sind.

OMQINAL INSPECTED 909821/0566 ^OfflU