DE1537138C - Festkörpersichteinrichtung - Google Patents

Description

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2 997 596 bekannt, Leuchtzellen als bistabile Schalt- spielsweise ferroelektrische - elektrolumineszierende elemente auszubilden. Jedoch werden die bistabilen Sichteinrichtungen entwickelt. Diese erfordern je-Schaltelemente nach der USA.-Patentschrift nicht bei doch komplizierte elektronische Schaltungen an jeder Festkörpersichteinrichtungen der eingangs erwähnten Matrixkreuzung. Außerdem benötigen sie für eine Art verwendet, sondern beispielsweise bei bistabilen 5 Speicherwirkung große Leistungen und sprechen nur Kippschaltungen. relativ langsam an. Bei einer anderen kürzlichen

Andererseits befaßt sich die USA.-Patentschrift Entwicklung wurden piezoelektrische Elemente für

3 249 764 schon ausführlich damit, daß Dioden vom gesteuerte elektrolumineszierende Anordnungen ver-PIN-Typ für den Schalterbetrieb geeignete Kenn- wendet. Es ist jedoch dabei keine Speicherwirkung linien besitzen. Es ist jedoch in dieser Patentschrift io vorgesehen, und die maximale Helligkeit dieser Sichtkein Hinweis auf die Lichtemission derartiger Dioden, einrichtung ist folglich begrenzt.

insbesondere in einer matrixartigen Anordnung, ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine

geben. Festkörpersichteinrichtung mit Speicherwirkung zu

Es ist ferner bekannt, Festkörpersichteinrichtungen schaffen, die bei einfachem Aufbau eine große auch als Lichtbildverstärker, Bildwandler und/oder 15 Arbeitsgeschwindigkeit erreicht.
Speichervorrichtungen zu verwenden. Bei derartigen Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die licht-

Anwendungen wird jeder der Lichtemitter einzeln emittierenden Festkörperdioden der Matrix in einem mit einer fotoempfindlichen Vorrichtung verbunden, ersten stabilen Zustand lichtemittierend und in einem welche zusammen auf ein gegebenes zugeführtes zweiten stabilen Zustand nicht lichtemittierend sind, Lichtbild ansprechen, wobei die Lichtemitter durch 20 daß eine Anordnung aus lichtemittierenden fotoempdie fotoempfindlichen Vorrichtungen gesteuert wer- findlichen Festkörperelementen, die bei Belichtung den, damit eine Lichtabgabe erzeugt wird, die dem ihrer Eingangsseite Licht auf ihrer Ausgangsseite zugeführten Lichtbild entspricht. Eine Speicherung abgeben, mit dem Ausgang der Festkörperdioden des dargestellten Bildes kann durch eine Lichtrück- optisch gekoppelt ist, und daß die Steuerschaltung kopplung von den lichtemittierenden Elementen zu 25 die einzelnen Festkörperdioden in den ersten oder den zugehörigen fotoempfindlichen Elementen er- zweiten Zustand schaltet und dadurch das von den reicht werden. lichtemittierenden fotoempfindlichen Festkörperele-

Bei einem weiteren Anwendungsbeispiel wird ein menten abgegebene Licht steuert,
codiertes Lichtsignal, beispielsweise von einer Schalt- Gemäß der Erfindung werden also die bistabilen

einheit aus elektrolumineszierenden Zellen, dazu ver- 30 Festkörperdioden, die zu einer Matrix zusammenwendet, die fotoempfindliche Vorrichtung durch eine . geschaltet sind, dazu verwendet, die Speicherwirkung Decodiermaske zu betätigen, um eine alphanumerische zu ermöglichen. Diese Festkörperdioden haben trotz Darstellung vorzusehen. ihrer Ausnutzung als Speicherelemente kurze An-

Die oben beschriebenen Einrichtungen können zur sprech- und Abfallzeiten. Da die Speicherfunktion in Darstellung oder Speicherung von zugeführter Licht- 35 die Festkörperdioden der Matrix verlegt ist, können information oder in begrenzter Form von elektrischer die lichtemittierenden fotoempfindlichen Festkörper-Information verwendet werden. Es läßt sich jedoch elemente so betrieben werden, daß sie am Ausgang damit keine gesteuerte Matrixsichteinrichtung schaf- optimales Licht abgeben. Es läßt sich bei dieser Einfen, wie sie für Fernsehbildsichteinrichtungen oder richtung ein weiter Bereich von Eingangsspannungen vergleichbare Rechenautomatensichteinrichtungen 4° und -frequenzen verwenden.

notwendig wären. Als gesteuerte Matrixsichteinrich- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind

tung wird eine Sichteinrichtung bezeichnet, bei der die Festkörperdioden PIN-Dioden. Dabei bedeutet P der Emissionszustand jedes lichtemittierenden EIe- eine P-leitende Zone, I eine intrinsic oder eigenmentes wahlweise durch zwei Eingangssignale ge- leitende Zone und N eine N-leitende Zone. Die PIN-steuert werden kann, die gewöhnlich zur X-Y- 45 Dioden haben eine negative Widerstands-Kennlinie, Bezeichung dienen und bei welcher die lichtemittie- und sie können ohne weiteres im bistabilen Schaltrenden Elemente normalerweise in einer Spalten- betrieb betätigt werden.

Zeilen-Anordnung angeordnet sind, wenn sie auch Eine weitere Weiterbildung der Erfindung ist da-

nicht notwendigerweise auf solch eine einheitliche durch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende foto-Anordnung begrenzt sind. Der Einbau von elektro- 50 empfindliche Anordnung mehrere parallelgeschaltete lumineszierenden oder vergleichbaren Darstellungs- leitende Pfade enthält, die mit einer Spannungsquelle elementen für sich in einer Matrixanordnung, bei der verbunden sind, wobei jeder parallelgeschaltete Pfad die bekannten Werkstoffe und Techniken verwendet ein elektrolumineszierendes Element enthält, das in werden, hat, wie schon oben erwähnt, zu vielen Reihe mit einem fotoempfindlichen Element geSchwierigkeiten geführt. Insbesondere sind auch bei 55 schaltet ist, daß der Impedanzzustand des fotoempden elektrolumineszierenden Elementen die Schwell- findlichen Elements entsprechend der auftreffenden Werteigenschaften verhältnismäßig schlecht, so daß Lichtenergie von der Matrix eingestellt wird, wodurch auch ein Nebensprechen nur schwierig vermieden die Spannung, die an den zugehörigen in Reihe gewerden kann. Außerdem besteht ohne Speicherwir- schalteten elektrolumineszierenden Elementen liegt, kung eine beträchtliche Helligkeitsbegrenzung. Ferner 60 bestimmt wird.

bestehen relativ hohe Anforderungen an die Leistung . Für jede PIN-Diode kann ein entsprechendes Paar und eine entsprechende Geschwindigkeitsbegrenzung. von elektrolumineszierenden und fotoempfindlichen

Um diese obenerwähnten Schwierigkeiten zu um- Elementen vorhanden sein, und jede Diode kann gehen, wurden beim Versuch, eine gesteuerte Matrix- dementsprechend optisch mit einem zugehörigen Sichteinrichtung zu schaffen, die Darstellungselemente 65 fotoempfindlichen Element gekoppelt sein. Die fotoin elektrischen Schaltungen mit verschiedenen Steuer- empfindlichen Elemente befinden sich normalerweise elementen verwendet. Keiner dieser Versuche war im Zustand großer Impedanz, damit ihre zugehörigen jedoch vollständig zufriedenstellend. Es wurden bei- elektrolumineszierenden Elemente in den Zustand

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»Aus« geschaltet werden. Bei Erregung des Ausgangs relativ helle sichtbare Darstellung gesteuert vorge-

der entsprechenden Diodenelemente der PIN-Dioden- sehen werden kann. Jedes Diodenelement weist eine

matrix werden die Impedanzen der fotoempfindlichen Speicherwirkung auf, so daß die zugeführte Nachricht

Elemente vermindert, so daß die elektrolumines- und die sich ergebende Darstellung gespeichert wer-

zierenden Elemente in den Zustand »Ein« geschaltet 5 den können. Mit der dargestellten Sichteinrichtung

werden. kann man Darstellungen von Fernsehbildern,

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung Rechenautomaten-Sichtanzeigen und ähnliche Ankann die Zahl der Paare aus elektrolumineszierenden zeigen erhalten, wobei jedes Darstellungselement und fotoempfindlichen Elementen größer sein als die wahlweise entsprechend einem gegebenen Eingangs-Zahl der PIN-Dioden, und es kann ferner jede Diode io signal oder gegebenen Eingangssignalen gesteuert dementsprechend mit mehr als einem fotoempfind- wird,
liehen Element optisch verkoppelt sein. Wie man bei der elektrischen Schaltung nach

Gemäß noch einer weiteren Ausbildung der Er- F i g. 2 sieht, enthält ein Ausführungsbeispiel der findung wird eine Vielfachpegelwirkung dadurch er- Matrixschaltung 1 eine Matrix 8 aus lichtemittierenreicht, daß die Zahl der PIN-Dioden größer ist als 15 den Dioden 9, vorzugsweise PIN-Dioden, und eine die Zahl der Paare aus elektrolumineszierenden und Ansteuerungsschaltung 10. Die Dioden 9 sind in fotoempfindlichen Elementen und daß dementspre- einer Spalten-Zeilen-Anordnung angeordnet und sind chend mehr als eine einzige Diode mit jedem foto- an Kreuzungspunkten von Spaltenleitern 11, 12 und empfindlichen Element optisch verkoppelt ist, so 13 und Zeilenleitern 14, 15 und 16 verbunden. Mit daß man Grauskalenwerte in dem abgegebenen sieht- 20 jeder dieser Dioden ist ein Strombegrenzungswiderbaren Licht erhält. stand 17 in Reihe geschaltet. Die PIN-Dioden sind

Ausführungsformen der Erfindung werden nach- so verbunden, daß sie Strom von den Spaltenleitern

stehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber durch die Widerstände zu den Zeilenleitern führen,

beschrieben. Dabei zeigt Die Dioden 9 haben eine negative Widerstands-Kenn-

F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer 25 linie und sind so ausgebildet, daß sie eine bistabile

lichtemittierenden Festkörpersichteinrichtung gemäß Arbeitsweise aufweisen, wobei sie einen stabilen Zu-

der Erfindung, stand großer und einen geringer Impedanz haben.

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Schal- Die Dioden emittieren in ihrem Zustand geringer

tungsverbindungen der lichtemittierenden Dioden- Impedanz Licht. Wenn auch wegen einer einfacheren

matrixschaltung nach F i g. 1, 30 Darstellung nur eine begrenzte Anzahl von Dioden

F i g. 3 eine Kurve, die die Spannungs-Stromkenn- dargestellt ist, so können natürlich für eine voll-

linie für typische PIN-Dioden darstellt, die bei der ständige Anzeigeeinrichtung in der Größenordnung

Matrix nach F i g. 2 verwendet werden können, von einigen hundert bis einigen tausend Dioden ver-

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Schal- wendet werden.

tungsverbindungen der lichtemittierenden fotoemp- 35 Die Ansteuerungsschaltung 10 wird dazu verwen-

findlichen Anordnung nach Fig. 1, det, die Wirkungsweise der einzelnen Dioden 9 wahl-

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer abge- weise zu steuern. Die Ansteuerungsschaltung 10 entwandelten Ausführungsform der optischen Kopplung, hält eine erste Gruppe von Transistordioden-Tordie bei der dargestellten Festkörpersichteinrichtung schaltungen 20, 21 und 22, die mit den Spaltenleitern verwendet werden kann, 40 11, 12 bzw. 13 verbunden sind, und eine zweite

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Gruppe von Transistordioden-Torschaltungen 23, 24

abgewandelten Ausführungsform der optischen und 25, die mit den Zeilenleitern 14, 15 bzw. 16

Kopplung, die bei der beschriebenen Festkörper- verbunden sind. Die Transistordioden-Torschaltungen

sichteinrichtung verwendet werden kann, sind mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, die

F i g. 7 eine vergrößerte perspektivische Ansicht 45 als mehrfach angezapfte Batterie 26 dargestellt ist,

des Schichtenaufbaus, der bei einer Ausführungsform welche eine positive Ausgangsklemme 27, eine nega-

gemäß der Erfindung verwendet wird, tive Ausgangsklemme 28 und Mittelanzapfungs-

Fig. 8A, 8B und 8C Ansichten der vorderen klemmen29, 30, 31 und 32 aufweist. Die Anzap-

bzw. hinteren Fläche und einen Schnitt durch den fungsklemme 30 ist mit Masse verbunden. In posi-

PIN-Diodenmatrixaufbau, 5° tiver Richtung ist die Spannung zwischen den Klem-

Fig. 9 A und 9B eine Ansicht bzw. einen Schnitt men 31 und 30 mit V_a bezeichnet, die Spannung

einer fotoempfindlichen Schicht des Aufbaus nach zwischen den Klemmen 32 und 31 mit V_b und die

F i g. 7 und Spannung zwischen den Klemmen 27 und 32 mit V_c.

Fig. 1OA und 1OB eine Ansicht bzw. ein Schnitt In negativer Richtung ist die Spannung zwischen den

des elektrolumineszierenden Schichtenaufbaus nach 55 Klemmen 29 und 30 mit V_ä und die Spannung zwi-

F i g. 7. sehen den Klemmen 28 und 29 mit V_e bezeichnet.

In F i g. 1 ist ein grundsätzliches Blockschaltbild Es werden verschiedene Spannungspegel wahlweise einer lichtemittierenden Festkörpersichteinrichtung mit der Ansteuerungsschaltung 10 verbunden, um dargestellt. Die Sichteinrichtung enthält eine Matrix- ausgewählte Dioden 9 entsprechend den zugeführten schaltung 1 mit lichtemittierenden Dioden, die wahl- ^6o Eingangssignalen anzusteuern,
weise durch elektrische Eingangssignale erregt wer- Die Klemmen 31, 32 und 27 werden wahlweise den, damit eine Lichtausgangsenergie erzeugt wird, über die Spalten-Transistor-Torschaltungen 20, 21 die sich im sichtbaren Teil des Spektrums befinden und 22 mit den Spaltenleitern 11, 12 und 13 verkann oder auch nicht. Jede Diode kann in bezug auf bunden. Die Klemmen 30, 29 und 28 sind in ähndas erzeugte Ausgangslichtbild als punktförmige 65 licher Weise über die Zeilen-Transistor-Dioden-Tor-Quelle wirken. Eine Anordnung 2 aus lichtemittie- schaltungen 23, 24 und 25 mit den Zeilenleitern 14, renden fotoempfindlichen Elementen spricht auf die 15 und 16 verbunden. Die Spalten-Transistor-Dioden-Lichtabgabe der Matrixschaltung 1 an, damit eine Torschaltungen sind identisch und die Zeilen-Tran-

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sistor-Dioden-Torschaltungen sind identisch. Jede schaltungen weisen die gleiche Arbeitsweise auf, wie

Torschaltung enthält drei Schaltwege, deren Wir- sie bei den Spalten-Transistor-Dioden-Torschaltun-

kungsweise durch einen Generator 33 für logische gen beschrieben wurde.

Eingangssignale gesteuert wird. Der Generator 33, Es wird die Arbeitsweise der Schaltung nach der ein bekanntes logisches Bauteil, eine Schiebe- 5 F i g. 2 betrachtet und auf F i g. 3 Bezug genommen, registerlogikanordnung oder ein anderes bekanntes in welcher die Spannung-Strom-Kennlinie für typische logisches Bauteil sein kann, gibt zweckmäßigerweise PIN-Dioden dargestellt ist, die sich zur Verwendung Binärsignale in der Form von Signalen »1« und »0« in der Schaltung nach Fig. 2 eignen. Es sind auch ab, um die Transistoren ein- bzw. abzuschalten. Da fünf Belastungskennlinien 101, 102, 103, 104 und die Spalten-Torschaltungen PNP-Transistoren ent- io 105 dargestellt, die für verschiedene zugeführte Spanhalten und die Zeilen-Torschaltungen NPN-Transi- nungen V₁, V₂, V₃, F₄ bzw. V₅ gelten, wenn man stören enthalten, haben die zugeführten Steuersignale annimmt, daß die Lastimpedanz konstant ist, die entgegengesetzte Polarität. vor allem durch den Widerstand 17 nach F i g. 2

In den ersten Pfad der Torschaltung 20, der sich gegeben ist. Für die Spannungen V₁ und V₅ ergibt zwischen der Batterieklemme 31 und dem Spalten- 15 sich eine monostabile Arbeitsweise bei den Arbeitsleiter 11 befindet, ist eine einzige PN-Signaldiode 34 punkten / bzw. g in dem Zustand großer Impedanz geschaltet, deren Katode mit dem Leiter 11 und deren und dem Zustand geringer Impedanz. Die Spannun-Anode mit der Klemme 31 verbunden ist. Der zweite gen F₂, F₃ und F₄ ergeben bistabile Arbeitsweise an Pfad der Torschaltung 20 verbindet den Leiter 11 mit den Punkten h, i und / in den Zustand großer Impeder Klemme 32 und enthält eine PN-Signaldiode 35 20 danz und bei den Punkten k, I und m in den Zustand und einen PNP-Transistor 36, der als Schalter hoher Impedanz. Aus dieser Figur sieht man, daß arbeitet, welcher entweder gesättigt oder abgeschaltet dann, wenn die Diode in den Zustand hoher Impeist. Die Katode der Diode 35 ist mit dem Leiter 11 danz im Punkt i bei der Spannung F₃ vorgespannt ist, verbunden, die Anode ist mit dem Kollektor 36 und ein Umschalten der Spannung auf den Wert F₄ ihren dessen Emitter mit der Klemme 32 verbunden. Die 25 Zustand nicht ändert, wohingegen ein Umschalten Basiselektrode ist mit dem Generator 33 verbunden der Spannung auf den Wert F₅, wobei die Spitzen- und ist im Ruhezustand mit einem Signal »1« vor- spannung der Kennlinie überschritten wird, den gespannt, damit der Transistor leitet. Der dritte Pfad Arbeitspunkt zu dem Punkt g verschiebt und dadurch verbindet den Leiter 11 mit der Batterieklemme 27 die Diode in den Zustand geringer Impedanz bringt, und enthält einen PNP-Schalttransistor 37, dessen 30 Wenn sich in entsprechender Weise die Diode in den Kollektor mit dem Leiter 11 und dessen Emitter mit ■ Zustand geringer Impedanz bei dem Punkt I bei der der Klemme 27 verbunden ist. Die Basiselektrode ist Spannung F₃ befindet, dann ändert eine Verschiebung mit dem Generator 33 verbunden, und es wird ihr der Spannung auf den Wert F₂ nicht den Zustand entweder eine »1« oder eine »0« zugeführt. Wenn der Impedanz, wohingegen eine Veränderung der eine »1« dem Transistor 36 und eine »0« dem Tran- 35 Spannung auf den Wert F₁, der unter dem Wert der sistor 37 oder ein logischer Eingang »1, 0« zugeführt minimalen Spannung der Kennlinien liegt, die Diode wird, dann wird der zweite Pfad leitend, wodurch in ihren Zustand hoher Impedanz bei dem Arbeitsdie Klemme 32 dem Leiter 11 verbunden wird. Wenn punkt / umschaltet.

eine »0« den Transistoren 36 und 37 oder ein Typische Spitzenspannungen betragen 10 bis logischer Eingang »0,0« zugeführt wird, so daß beide 40 20 Volt; typische minimale Spannungen betragen Transistoren sperren, dann wird eine leitende Ver- 3 bis 6 Volt; typische Wechselspannungen, die der bindung durch den ersten Pfad über die Diode 34 Spannung F₃ entsprechen, betragen 8 bis 15 Volt, hergestellt, so daß die Klemme31 mit dem Leiter 11 Für eine Lastimpedanz von.etwa 1 Kilo-Ohm hat verbunden wird. Bei einem logischen Eingang »1,1« der Strom bei geringer Impedanz eine Größenordoder »0,1« wird der dritte Pfad leitend, so daß die 45 nung von 3 bis 7 mA und der Strom bei hoher Impe-Klemme27 mit dem Leiter 11 verbunden wird. Die danz eine Größenordnung von einigen Mikro-Torschaltungen 21 und 22 sind in ähnlicher Weise Ampere. Für Schaltspannungen, die etwa 30 °/o größer geschaltet und werden in ähnlicher Weise betätigt. als die Spitzenspannung sind, kann man Schaltzeiten

In der Transistor-Diodentorschaltung 23 befindet von 0,1 Mikrosekunden erhalten,
sich der erste Pfad zwischen dem Zeilenleiter 14 und 5° Wenn man nun die Arbeitsweise von F i g. 2 beder geerdeten Klemme 30. Dieser Pfad enthält eine trachtet, wobei die Dioden zu Anfang nicht ange-PN-Signaldiode 38, deren Anode mit dem Leiter 14 steuert werden, dann wird, wenn in jeder Spalten- und deren Katode mit der Klemme 30 verbunden ist. und Reihen-Transistordioden-Torschaltung der zweite Der zweite Pfad verbindet den Leiter 14 mit der Pfad allein leitend gemacht wird, der normale Vor-Klemme 29 und enthält eine PN-Signaldiode 39 und 55 spannungs- oder Ruhezustand in jeder der PIN-einen NPN-Schalttransistor 40, wobei die Anode der Dioden erreicht. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Diode 39 mit dem Leiter 14, die Katode mit dem logischer Eingang »1,0« allen Spalten- und Reihen-Kollektor des Transistors 40 und dessen Emitter mit transistor-Diodentorschaltungen zugeführt wird, d. h., der Klemme 29 verbunden ist. Die Basis des Transi- daß das Steuersignal »1« den Transistoren in dem stors 40 ist mit dem Generator 33 für logische Ein- 60 zweiten Pfad und das Steuersignal »0« den Transigangssignale verbunden. Der dritte Pfad verbindet stören in dem dritten Pfad zugeführt wird. In jeder den Leiter 14 mit der Klemme 28 und enthält einen Torschaltung wird eine Leitung durch die Signaldiode NPN-Schalttransistor 41, dessen Kollektor mit dem in dem ersten Pfad verhindert. Dementsprechend Leiter 14, dessen Emitter mit der Klemme 28 und wird im Ruhezustand jeder PIN-Diode eine Spannung dessen Basis mit dem Generator 33 verbunden ist. 65 y + y a. y
Die Torschaltungen 24 und 25 verbinden in ähnlicher ^{a b d}
Weise die Zeilenleiter 15 bzw. 16 mit den Klemmen zugeführt. Da diese Summe gleich der Spannung F₃ 28, 29 und 30. Die Reihen-Transistor-Dioden-Tor- in F i g. 3 ist, entspricht der normal vorgespannte

Arbeitspunkt für den Dunkelzustand dem Punkt i, wobei die Dioden bei diesem Arbeitspunkt 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 Spalten- und Reihentorschaltungen zugeführt, die mit den Spalten- und Reihenleitern verbunden sind, mit denen die bestimmte Diode verbunden ist. Wenn auch bei diesem Zustand der Transistor des zweiten Pfades so vorgespannt ist, daß er leitet, wird dadurch das Leiten des Transistors in dem dritten Pfad verhindert. Folglich wird während des SCHREIB-Betriebs eine Spannung

v_e

einer PIN-Diode zugeführt, wodurch eine Lichtemission hervorgerufen wird. Wenn diese Spannungssumme gleich F₅ in F i g. 3 ist, dann wird der Arbeitspunkt der bestimmten Diode augenblicklich auf den Punkt g umschalten. Beim Entfernen des SCHREIB-Eingangssignals wird die Leitfähigkeit in der Transistordioden-Torschaltung wieder auf den zweiten Pfad übergehen und der Arbeitspunkt sich zu dem Punkt I bewegen. Dies entspricht dem Lichtabgaberuhezustand. Die Diode wird in dem Zustand niedriger Impedanz bleiben, 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 gleichen Zeilen- und Spaltenleitern verbunden sind, wie die bestimmte Diode, die halbe ausgewählte Spannung zugeführt, welche nicht ausreicht, daß dadurch ihr Zustand umgeschaltet wird. Beispielsweise wird den Dioden in derselben Spalte wie der bestimmten Diode eine Spannung

zugeführt. Wenn man annimmt, daß diese Summenspannung der Spannung F₄ in F i g. 3 entspricht, sieht man, daß der Arbeitspunkt augenblicklich zu dem Punkt / umschaltet, sich jedoch immer noch in dem Zustand hoher Impedanz befindet. Entsprechend ist die Spannung, die den Dioden in einer Zeile, wie der gegebenen Diode zugeführt wird, gleich

welche auch der Spannung F₄ entsprechen soll. Es sei noch bemerkt, daß diejenigen Dioden, die mit der bestimmten Diode in einer Spalte oder Zeile liegen und die sich schon in dem Zustand »ein« befinden, in diesem Zustand bleiben, wobei sich der Arbeitspunkt nur augenblicklich von dem Punkt/ zu dem Punkt m verschiebt.

Um die bestimmte Diode in den Zustand hoher Impedanz oder »aus« zu schalten, wobei der LÖSCH-Betrieb ausgeführt wird, wird ein logisches Eingangssignal »0,0« einer Spalten-Torschaltung und einer Reihen-Torschaltung zugeführt, welche mit dem Spaltenleiter und Reihenleiter verbunden sind, die durch diese bestimmte Diode verbunden werden. Dadurch können die Dioden im ersten Pfad dieser Torschaltungen nun leiten, und es wird dadurch eine Spannung V_a der bestimmten Diode zugeführt. Wenn man annimmt, daß die Spannung V_a der Spannung F₁ in F i g. 3 entspricht, dann wird der Arbeitspunkt von dem Punkt 1 zu dem Punkt / umgeschaltet. Wenn das LÖSCH-Eingangssignal abgeschaltet wird, dann

ίο wird der Transistor der zweiten Pfade in den entsprechenden Spalten- und Zeilentorschaltungen wieder leitend, und der Arbeitspunkt kehrt in den Dunkelruhezustand des Punktes i zurück. Alle PIN-Dioden in der Spalte oder Zeile mit der bestimmten Diode, die sich in dem Zustand »ein« befinden, bleiben in diesem Zustand, da die an sie angelegte Spannung entweder V_a + V_d oder V_a + V_b ist, wobei beide diese Spannungen der halben Auswahlspannung F₂ in F i g. 3 entsprechen. Bei diesen Dioden wird der Arbeitspunkt während des vorübergehenden Steuersignals von dem Punkt / 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 einzelnen PIN-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 F i g. 4 ist ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsverbindungen für eine lichtemittierende fotoempfindliche Anordnung 2 nach Fig. 1 dargestellt. Die Schaltung enthält mehrere elektrolumineszierende Elemente 60, die in einer Spalten-Zeilenanordnung dargestellt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht ein elektrolumineszierendes Element 60 jeder PIN-Diode 9 der lichtemittierenden Matrix in Fig. 2. Mit jedem elektrolumineszierenden Element ist ein fotoleitendes Element 61 in Reihe geschaltet, wodurch ein elektrolumineszierendes fotoleitendes Paar entsteht, wobei die fotoleitenden Elemente jedes elektrolumineszierenden fotoleitenden Paares optisch mit den entsprechenden PIN-Dioden nach F i g. 2 gekoppelt sind, wie es durch die Pfeile angedeutet ist, die jeweils den Dioden 9 und den fotoleitenden Elementen 61 zugeordnet sind. Für eine richtige Arbeitsweise dieser Sichteinrichtung ist es wichtig, daß im wesentlichen keine optische Kopplung zwischen den elektrolumineszierenden und fotoleitenden Elementen der Sichtanordnung besteht, so daß die fotoleitenden Elemente nur durch die Diodenmatrix gesteuert werden. Die elektrolumineszierenden fotoleitenden Paare sind zu einer Wechselspannungsquelle 62 parallel geschaltet. Für einen Dunkelzustand der fotoleitenden Elemente, bei dem sie sich im Zustand hoher Impedanz befinden, reicht die Spannung, die an die zugehörigen elektrolumineszierenden Elemente gelegt wird, nicht aus, daß sie lumineszierend werden. Entsprechend der Belichtung der fotoleitenden Elemente durch das von PIN-Dioden eingekoppelte Licht, wodurch ihre Impedanz abnimmt, tritt an den zugehörigen elektrolumineszierenden Elementen eine genügend große Spannung auf, die eine Lichtemission hervorruft. Dementsprechend ist durch die Anordnung 2 eine Bilddarstellung gegeben, die

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der Lichtemission der lichtemittierenden Matrix- Anordnung der fotoleitfähigen Elemente und eine

schaltung 1 entspricht, wobei die Bilddarstellung so- Schicht 72 zur Anordnung der elektrolumineszieren-

wohl sichtbar als auch relativ hell ist. den Elemente. Bei dem dargestellten Ausführungs-

Die Wechselspannung 62 beträgt in einem typischen beispiel sind die Schichten mit den elektrolumines-

FaIl 180 Volt bei einer Frequenz von einem kHz. 5 zierenden und fotoleitenden Elementen zusammen-

Die fotoleitenden Elemente können beispielsweise gebaut und mit der PIN-Diodenmatrix durch eine

aus aktiviertem Cadmiumselenid oder Cadmiumsulfo- Steckverbindung zusammengesetzt, wodurch die PIN-

selenid hergestellt sein, und die elektrolumineszieren- Dioden mit den fertig angeordneten elektrolumines-

den Elemente können aus aktiviertem Zinksulfid her- zierenden fotoleitenden Paaren ausgerichtet werden,

gestellt sein. Die normale Quanten verstärkung für io Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die

fotoleitende Elemente aus Cadmiumselenid beträgt Diodenmatrix von der Sichtanordnung getrennt an-

1000 bis 2000, wenn sie von einer PIN-Lichtquelle geordnet. Die Diodenmatrix enthält, wie man sieht,

bestrahlt werden. Außerdem wurde eine Fotover- mehrere Spaltenleiter 73 und Zeilenleiter 74, wobei

Stärkung der Sichteinrichtung in der Größenordnung die Zeilenleiter mit der einen Seite der PIN-Elemente

von 10 bis 100 gefunden. Die Ansprechzeit der 15 75 verbunden sind. Mit den leitenden Teilen der

elektrolumineszierenden fotoleitenden Paare für eine Schichten mit den elektrolumineszierenden und foto-

Änderung zwischen dem Lichtzustand und dem leitenden Elementen wird eine Wechselspannungs-

Dunkelzustand geht so rasch vor sich, daß sie für das quelle 76 verbunden, deren Verbindungen deutlicher

Auge augenblicklich erscheint. in Fig. 9A und 1OA dargestellt sind.

Die obenerwähnte hohe Quantenverstärkung und ao In den Fig. 8A und 8B sind Ansichten der vorde-

die Photonenverstärkung ist dadurch bedingt, daß ren und hinteren Oberfläche der PIN-Diodenmatrix-

die Speicher- und Steuerfunktion von den Darstel- schicht 70 und in F i g. 8 C ein Schnitt längs der Linie

lungselementen getrennt ist. Die fotoleitenden EIe- 8C-8C dargestellt. Wie man in dem Schnitt nach

mente können in ihrem günstigsten Betrieb, d. h. als F i g. 8 C sieht, werden die Dioden aus einer Platte

Quantenverstärkerelemente verwendet werden, da sie 25 80 aus Halbleiterwerkstoff hergestellt, für welche ins-

keine Schaltfunktion ausführen müssen. In ähnlicher besondere Galliumarsenid oder gemischte Kristalle

Weise wirken die elektrolumineszierenden Elemente aus Galliumarsenid und Phosphorverbindung ver-

nur als Lichtemitterelemente und bilden einen Teil wendet wird. Für jede Diode wird eine legierte

einer bistabilen oder Einschnappschaltung. Außer- n-Zone 81 auf der Rückseite der Platte 80 gebildet,

dem ist eine größere Freiheit der Erregerspannung 30 Ein ohmscher Kontakt 82 wird mit der legierten

und -frequenz gegeben als bei dem Fall, bei dem die · η-Zone verbunden. Wie man in der Ansicht nach

Steuerschaltung mit der Darstellungsschaltung elek- F i g. 8 B der Rückseite sieht, ist die legierte n-Zone

irisch eine Einheit bildet. jedes Diodenelementes elektrisch mit einem gemein-

In F i g. 5 ist eine abgewandelte optische Kopp- samen Zeilenleiter 74 über einen Widerstand 83 verlung zwischen der Diodenmatrix und der Darstel- 35 bunden. Die Widerstände 83, die insbesondere lungsanordnung dargestellt. Wie man sieht, ist das Nichromwiderstände sein können, und die Zeilen-Ausgangslicht einer einzigen lichtemittierenden leiter sind auf die Oberfläche der Platte durch eines Diode 9' mit mehreren fotoempfindlichen Elementen der bekannten Verfahren aufgedampft.
61' verkoppelt. Bei einer solchen Anordnung ist es Wie man in F i g. 8 C sieht, besitzt die Vorderfläche nicht notwendig, eine genaue Ausrichtung zwischen 40 der Platte 80 eine dünne diffundierte p-Zone 84. den Matrixelementen und den Elementen der Sicht- Gemäß Fig. 8A sind die diffundierten p-Zonen auf anordnung vorzusehen. der Plattenoberfläche in Streifen ausgebildet, wobei

In F i g. 6 ist eine weitere abgewandelte optische jeder Streifen zu mehreren Dioden einer Spalte geKopplung zwischen mehreren Dioden9" und einem hört. Jeder ,diffundierte p-Streifen ist mit einem einzigen fotoempfindlichen Element 61" dargestellt, 45 ohmschen Kontakt 85 verbunden, der mit den Leitern wodurch ein Betrieb mit vielen Pegeln und eine Sicht- 73 verbunden ist. Die diffundierten p-Streifen können einrichtung mit einer Grauskala ermöglicht wird. Der dadurch hergestellt sein, daß ein Diffusionsvorgang Zustand niedriger Impedanz des Elementes 61" kann durch eine S,O₂-Maske ausgeführt wird. Der hohe über einen Bereich von Werten gesteuert werden, spezifische Widerstand des Halbleiterwerkstoffes, dadurch, daß wahlweise eine oder mehrere der 5° beispielsweise in der Größenordnung von 10⁷ bis Dioden 9" aufleuchten, um dementsprechend die 10⁸ Ohm · cm für Galliumarsenid, ergibt eine gute Intensität des von dem elektrolumineszierenden EIe- elektrische Isolation zwischen den PIN-Diodenment 60" emittierten Lichtes zu steuern. elementen.

Wenn auch eine direkte Lichtkopplung, wie sie Wenn man noch einmal die Kennlinie eines dargestellt ist, sich für viele Anwendungen als be- 55 typischen Galliumarsenid-PIN-Diodenelementes befriedigend erweist, so kann auch in den optischen trachtet, wie es in einer Sichteinrichtung verwendet Weg der Diodenmatrix und der Sichtanordnung bei worden ist, und wenn man sich wieder auf F i g. 3 allen Ausführungsbeispielen ein bekanntes Linsen- bezieht, dann sieht man, daß bei positiver Vorspansystem oder eine Vorrichtung aus optischen Fasern nung der Wert der hohen Impedanz in der Größeneingefügt werden, um den Wirkungsgrad der Licht- 60 Ordnung von 1 Megohm liegt. Wenn die Vorspannung kopplung zu verbessern und um ungewünschte Ver- bis auf die Spitzenspannung vergrößert wird, dann kupplungen zu vermeiden. entsteht ein negativer Widerstand. Gelegentlich wird

Die beschriebene Festkörpersichteinrichtung ist eine minimale Spannung erreicht, wobei eine doppelte

gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Schichten- Injektion der Stromträger auftritt und die Elemente

anordnung aufgebaut, wie es in der vergrößerten 65 in den Zustand niedriger Impedanz umgeschaltet

perspektivischen Ansicht nach F i g. 7 dargestellt ist. werden, bei dem sie einen Widerstandswert in der

Der Schichtenaufbau enthält eine Schicht 70, die der Größenordnung von einigen Ohm haben. In dem Zu-

PIN-Diodenmatrix entspricht, eine Schicht 71 zur stand niedriger Impedanz wird Licht von einem

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kleinen Gebiet neben der diffundierten p-Schicht und leitenden Schicht 94 zusammen, die sich auf einer

gegenüber der legierten η-Zone emittiert. Die Wellen- Glasunterlage 95 befindet und auf der eine Schicht

länge des emittierten Lichtes beträgt bei Raumtem- aus elektrolumineszierenden Werkstoff 96 nieder-

peratur 8770 A. geschlagen ist. Auf dem elektrolumineszierenden

In Fig. 9A ist eine Schicht 71 zur Anordnung der 5 Werkstoff sind getrennte Kontakte97 niedergeschla-

elektrolumineszierenden Elemente dargestellt, wobei gen, die den Kontakten 90 der Schicht zur Anord-

man in Richtung der Pfeile 9 A in Fig. 7 blickt. Es nung der fotoleitenden Elemente entsprechen. Über

ist eine Glasunterlage 87 vorgesehen, auf der Grup- der Schicht 96, aus der die Kontakte 97 herausragen,

pen von digitalen Zwischenleitern aufgebracht sind, befindet sich eine elektrisch und optisch isolierende

die einen gemeinsamen Masseleiter 88 und Hoch- io Schicht 98, die vorzugsweise aus schwarzem Mylar-

spannungsleiter 89 enthalten. Die Leiter 89 sind je- werkstoff besteht. Beim Zusammenbau werden die

weils mit einzelnen Kontakten 90 verbunden. Der Schicht 71 zur Anordnung der fotoleitenden Elemente

gemeinsame Masseleiter 88 ist mit einem gemein- und die Schicht 72 zur Anordnung der elektrolumines-

samen Kontakt 91 verbunden, der mit einer Seite der zierenden Elemente zur innigen Berührung zusam-

zugehörigen Wechselspannungsquelle verbunden ist. 15 mengedrückt, wobei die Kontakte 97 und 90 eine

Die Leiter sind vorzugsweise aus Platin hergestellt elektrische Verbindung bilden. Ein Kontakt 99, der

und auf der Glasunterlage niedergeschlagen. Über in Fig. 1OA dargestellt ist, verbindet die fotoleitende

den digitalen Zwischenleitern befinden sich Streifen Schicht 94 mit der entgegengesetzten Seite der

aus fotoleitendem Werkstoff 92. In Fig. 9B ist ein Wechselspannungsquelle.

Schnitt durch die Schicht zur Anordnung der foto- 20 Es können auch andere fotoleitende Elemente als

leitenden Elemente längs der Linie 95-9 B dargestellt. fotoempfindliche Vorrichtung der Sichteinrichtung,

In Fig. 1OA ist eine Schicht72 zur Anordnung beispielsweise bekannte Fotodioden oder Foto-

der elektrolumineszierenden Elemente dargestellt, transistoren, verwendet werden. Außerdem muß

wobei man in Richtung der Pfeile 10^4 in Fig. 7 weder die Diodenmatrix noch die Sichtanordnung

sieht. Wie man in Fig. 1OA und in dem Schnitt von 25 eine geometrisch rechteckige Figur, so wie es darge-

Fi g. 1OB längs der Linie 105-lOß sieht, setzt sich stellt ist, aufweisen, wenn es auch oft zweckmäßig ist,

die Schicht 72 aus einer bekannten durchscheinenden eine solche Figur vorzusehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 den Zustand großer Impedanz oder kleiner Impe- Patentansprüche: danz gebracht werden. 8. Festkörpersichteinrichtung nach Anspruch 7,

1. Festkörpersichteinrichtung mit einer Matrix dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der lichtemittierender Festkörperdioden mit geringem 5 Festkörperelemente eine erste Schicht (71) aus Leistungsverbrauch und kurzer Ansprechzeit, von fotoleitenden Elementen und eine zweite Schicht denen jede einzeln wahlweise von einer Steuer- (72) aus elektrolumiriesziereriden Elementen entschaltung ansteuerbar ist, d a d u r c h g e k e η η - hält, die zusammengefügt sind, und daß die zeichnet, daß die lichtemittierenden Fest- Matrix (70) eine Einheit bildet und nahe der körperdioden (9) der Matrix (8, 70) in einem io ersten und der zweiten Schicht angeordnet ist.
ersten stabilen Zustand lichtemittierend und in 9. Festkörpersichteinrichtung nach Anspruch 8, einem zweiten stabilen Zustand nicht lichtemit- dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der tierend sind, daß eine Anordnung (2) aus licht- Dioden in einer Spalten- und Zeilenanordnung emittierenden fotoempfindlichen Festkörper- aufgebaut ist ■ und daß die fotoleitenden und elementen, die bei Belichtung ihrer Eingangsseite 15 elektrolumineszierenden Elemente in einer ent-Licht auf ihrer Ausgangsseite abgeben, mit dem sprechenden Spalten- und Zeilenanordnung anAusgang der Festkörperdioden optisch gekoppelt geordnet sind.

ist und daß die Steuerschaltung (10, 33) die einzelnen Festkörperdioden in den ersten oder zwei-

ten Zustand schaltet und dadurch das von den ao
lichtemittierenden fotoempfindlichen Festkörperelementen abgegebene Licht steuert. . Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-

2. Festkörpersichteinrichtung nach Anspruch 1, Sichteinrichtung mit einer Matrix lichtemittierender dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper- Festkörperdioden mit geringem Leistungsverbrauch dioden (9) PIN-Dioden sind. 35 und kurzer Ansprechzeit, von denen jede einzeln

3. Festkörpersichteinrichtung nach Anspruch 2, wahlweise von einer Steuerschaltung ansteuerbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Festkörpersichteinrichtungen, die eine Anordnung fotoempfindliche Anordnung (2) mehrere parallel- aus lichtemittierenden Elementen enthalten, welche geschaltete leitende Pfade enthält, die mit einer Lichtbilder Punkt für Punkt erzeugen, sind gut be-Spannungsquelle (62) verbunden sind, wobei jeder 30 kannt. Der hervorragende Vorteil dieser Sichteinrichparallelgeschaltete Pfad ein elektrolumineszieren- . tungen besteht darin, daß sie nur geringe Energiedes Element (EL) enthält, das in Reihe mit einem mengen erfordern und als Mikroelektronikschaltunfotoempfindlichen Element (PC) geschaltet ist, gen hergestellt werden können.

daß der Impedanzzustand des fotoempfindlichen Es ist nach der deutschen Patentschrift 1156 506

Elements (EL) entsprechend der auftreffenden 35 bereits eine oben beschriebene Festkörpersichtein-

Lichtenergie von der Matrix eingestellt wird, wo- richtung bekannt, bei der die Matrix der lichtemit-

durch die Spannung, die an den zugehörigen in tierenden Festkörperdioden mosaikartig angeordnet

Reihe geschalteten elektrolumineszierenden EIe- und nach Zeilen und Spalten zusammengeschaltet

menten liegt, bestimmt wird (Fig. 4). ist. Durch diese Verschaltung lassen sich die Fest-

4. Festkörpersichteinrichtung nach Anspruch 3, 40 körperdioden einzeln ansteuern, und das von ihnen dadurch gekennzeichnet, daß für jede PIN-Diode erzeugte Licht wird direkt zur Darstellung von BiI-ein entsprechendes Paar von elektrolumineszie- dem verwendet. Es ist jedoch nach dieser Patentrenden und fotoempfindlichen Elementen vor- schrift nichts darüber bekannt, daß sich lichtemithanden ist und daß jede Diode dementsprechend tierende Festkörperdioden auch als Speicherelemente optisch mit einem zugehörigen fotoempfindlichen 45 verwenden lassen. Ferner ist die Verwendung von Element verkoppelt ist (F i g. 4). Festkörperdioden zum direkten Sichtbarmachen von

5. Festkörpersichteinrichtung nach Anspruch 3, Bildern in Sichteinrichtungen in verschiedener Hindadürch gekennzeichnet, daß die Zahl der Paare sieht nachteilig. Insbesondere lassen sich Kopplungen aus elektrolumineszierenden und fotoempfind- zwischen den einzelnen Dioden nur schwer vermeilichen Elementen größer ist als die Zahl der PIN- 50 den, weil die Schwellwerteigenschaften der üblichen Dioden und daß jede Diode dementsprechend Dioden relativ schlecht sind. Es ist die Leistungsmit mehr als einem fotoempfindlichen Element aufnahme trotz eines verhältnismäßig hohen Wiroptisch verkoppelt ist (F i g. 5). ' . kungsgrads noch verhältnismäßig groß.

6. Festkörpersichteinrichtung-nach Anspruch 3, Es ist ferner nach der britischen Patentschrift dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der PIN- 55 859 050 bekannt, zur Sichtbarmachung eines Bildes Dioden größer ist als die Zahl der Paare aus eine Matrix aus lichtemittierenden Dioden mit einer elektrolumineszierenden und fotoempfindlichen Anordnung aus elektrolumineszierenden Elementen Elementen und daß dementsprechend mehr als optisch zu koppeln. Die Steuerung der elektrolumieine einzige Diode mit jedem fotoempfindlichen neszierenden Elemente erfolgt jedoch dabei so, daß Element optisch verkoppelt ist, so daß man 60 die Elektrolumineszenz jedes Elementes durch infra-Grauskalenwerte in dem abgegebenen sichtbaren rote Strahlung der lichtemittierenden Dioden einer Licht erhält (Fig. 6). ganz bestimmten Wellenlänge wahlweise unterdrückt

7. Festkörpersichteinrichtung nach einem der wird. Eine Lichtverstärkung tritt bei dieser Anordvorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- nung in den elektrolumineszierenden Elementen jezeichnet, daß die Matrix eine elektrische Schal- 65 doch nicht auf, da, wie schon ausgeführt wurde, die tung (10) enthält, die auf Eingangssignale an- infrarote Strahlung der Dioden nur dazu dient, die spricht, durch die den Dioden wahlweise zwei Elektrolumineszenz zu unterdrücken.
Spannungen zugeführt werden, wodurch sie in Darüber hinaus ist es nach der USA.-Patentschrift