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Wiedergabevorrichtungen Die Erfindung bezieht sich auf Wiedergabevorrichtungeh.
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Das Bedürfnis nach elektrolumineszenten Festkörper-Wiedergabevorrichtungen,
die insbesondere bei Zimmertemperatur arbeiten, hat mit der Zunahme der iechner-Anwendungsfälle
stark zugenommen. Zusätzlich ist die Verwendung solcher Vorrichtungen im Fernsprechwesen
ein i Wunsch, der durch die relativ niedrigen, in einem Fernsprechnetz verwendeten
Spannungen und durch die niedrigen Wirkungsgrade der meisten elektrolumineszenten
Bauelemente vermindert worden ist.
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Das letztere ilindernis ist durch ein verbessertes Verfahren zum Herstellen
solcher dauelemente, speziell von Galliusphosphid-Bauelementen mit pn-Übergängen,
überwunden worden.
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Das erwähnte Verfahren führt zu hochwirksamen pn-bbergangs-Galliumphosphid-Dioden,
die sichtbares Licht bei niedrigen Spannungen und bei Zimmertemperatur emittieren.
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Wenn Übergangs-Dioden als die Licht-Emitter in Wiedergabesystemen
verwendet werden, ist es allgemeine Übung, die Dioden in einer matrixförmigen Anordnung
unterzubringen, die aus einer Mehrzahl Mesas auf einem Grundkristall bestehen, welche
ihrerseits individuell aktiviert werden können, so dass die verschiedenen sichtbaren
Zeichen durch
Aktivieren spezieller Kombinationen der Mesa-Dioden
erzeugt werden können. Bei solchen Anordnungen tritt jedoch immer ein Problem auf,
das sein Gegenstück in der Photographie hat, nämlich der Kontrast (acutance).
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Bei der photographischen Bildaufzeichnung auf Film tragen im allgemeinen
zwei Faktoren zur Schärfe oder zur fehlenden Schärfe des Dildes bei: Körnigkeit
und Kontrast. Die Körnigkeit wird durch die Grösse der das Bild erzeugenden Silberpartikel
verursacht, und das erhaltene Bild wird umso körniger und weniger scharf, je grösser
die Partikel sind.
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kontrast hat zahlreiche Definitionen, aber einfach gesorochen, handelt
es sich dabei um die Fähigkeit des Films, scharfe Kanten zwischen Gebieten unterschiedlicher
@ichte zu reproduzieren, d.h. die Fähigkeit, feine details zu reproduzieren. Die
am schärfsten erhältlichen Bilder be sitzen sowohl feines Korn als auch hohen Kontrast.
Es wurde auch gefunden, dass selbst ein robkörniges Bild als scharf erscheint, wenn
der Kontrast, d.h. die Kantenschärfe hoch ist. Sonach erzeugt hoher kontrast eine
psychologische Schärfe-Illusion für den Betrachter trotz einer im Bild insgesamt
fehlenden / Schärfe.
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Bei einer elektrolumineszenten Diode, z.B. bei einerGalliumphosphid-Diode,
wird das Licht im Bereich des in Burchlassrichtung vorgespannten pn-ubergangs erzeugt,
der im allgemeinen senkrecht zur bevorzugten Betrachtungsrichtung orientiert ist.
Wegen des hohen Brechungsindexes des Materials
wird das vom pn-Übergang
herrührende Licht, das die Sichtoberflache unter einem Winkel von mehr als beispielsweise
siebzehn Grad zur Oberflächennormalen des Galliumphosphids erreicht, in den Kristall
zurückreflektiert. Als Folge entstehen innere Mehrfachreflexionen mit dem Ergebnis,
dass der ganze Kristall aufleuchtet und hochdiffuses Licht emittiert. Ein Versuch
zur Eliminierung dieser Diffusion beruhte auf der Verwendung geformter Kontakte
derart, dass nur lokalisierte Gebiete der Diode aktiviert werden. Diese Methode
ist jedoch nur teilweise erfolgreicht gewesen, weil das Licht Simmer noch diffus
gestreut wird, und weil die Kontakte dazu neigen, einen Schatten im Zentrum des
diffusen Gebietes zu erzeugen. Mit anderen Worten, bis heute ermangelte es den elektrolumineszenten
Kristallen an dem notwendigen Kontrast, scharf gezeichnete Zeichen oder Figuren
zu erzeugen.
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Nach der Erfindung wird hoher Kontrast, d.h. hohe Kantenschärfe in
elektrolumineszenten Wiedergabevorrichtungen erzeugt derart, dass der Gesamteindruck
für den Betrachter beispielsweise bei einem Ziffernwiedergabesystem eine Gruppe
scharf gezeichneter Ziffern ist. Zwar wird nachstehend die Erfindung anhand ihrer
Anwendung auf Galliumphosphid-Dioden in einem Zahlenwiedergabeaystem beschrieben,
sie ist aber auch auf andere elektrolumineszente Bauelemente, ebenso auch auf andere
Wiedergabesystemtypen anwendbar.
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Bei einem &usführungsbeispiel der Erfindung sind auf einem p-leitenden
Galliumphosphid-Grundkristall sieben Mesas
aufgebracht, die durch
Maskieren, Sandstrahlen und Ätzen einer auf die p-leitende Oberfläche niedergeschlagenen
nleitenden Fläche erzeugt worden sind. Jede Mesa bildet eine pn-Übergangs-Diode,
und die Mesas sind gegeneinander so angeordnet, dass sie zwei benachbarte Quadrate
mit einer gemeinsamen Seite bilden. Eine solche Anordnung zur Zeichenerzeugung ist
in der Technik üblich.
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Entsprechend der Erfindung werden die elektrolumineszenten Übergänge
in der zur Ebene der Übergänge senkrechten Richtung von der Seite des p-leitenden
Grundkriistalls der Anordnung her betrachtet, Als Folge hiervon wird ein einziger
elektrischer Kontakt, der vom Sichtgebiet entfernt ist, zum Grundkristall gemacht,
während ein individueller Kontakt zur n-Seite jeder der Mesas gemacht wird. Daher
liegen die individuellen Kontakte auf den zur Blickrichtung entgegengesetzten Seiten
der Übergänge und erzeugen keine Schatten oder Kontaktbilder in der Wiedergabe.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Seiten einer jeden Mesa
unter einem Winkel @ zur Flächennormale den Überganges geneigt.
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Typischerweise hat @ einen Wert zwischen 20° und 30°, obgleich, wie
noch erläutert wird, andere Winkel vorgezogen werden können, und zwar je nach Art
des gewünschten Typs der Wiedergabe, Ein soiches Abschrägen der Mesa erzeugt eine
Erhöhung der Beleuchtung an den Mesa-Kanten, wodurch für den Betrachter scharf gezeichnete
Zeichen resultieren, Die verschiedenen Mesas werden dafür ausgelegt, entweder individuell
oder in ausgewählten Kombinationen mit @ilfe einer
geeigneten Anstenerungsschaltung
zu lumineszieren, wie dies nachstehend im einzelnen beschrieben wird.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Schrägansicht eines Zeichen-Wiedergabesystems,
Fig. 2 eine Schnittansicht durch eines der elemente nach Fig..l; Fig. 3 ein Diagramm
des Lichtemissionsverhaltens des Elements nach Fig.2 und Fig. 4 das Schaltschema
einer entsprechend der Erfindung aufgebauten Ziffernwiedergabeschaltung.
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Fig. 1 zeigt ein Ziffernwiedergabesystem 11, das ein pla nares wrundkristallglied
12, beispielsweise aus p-leitendem Galliumphosphid, aufweist. Auf dem Grundglied
12 sind sieben Mesas 13, 14, 16, 17, 18, 19 und 21 in der dargestellten Anordnung
vorgesehen, wobei jede der Mesas erzeugt worden ist durch epitaktisches Aufwachsenlassen
einer n-leitenden Galliumphosphid-Schicht auf dem Grundkristall 12, gefolgt von
einem Maskieren der oberfläche und Sandstrahlen sowie Ätzen, um eine Übergangsmesa,
wie diese in Fig. 2 dargestellt ist, zu erzeugen.
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Die Übergangs-Mesa nach Fig. 2 ist ein Querschnitt durch irgendeine
der in Fig. 1 dargestellten Mesas, z.B. der Mesa 13. Die Mesa weist ein p-leitendes
Galliumphosphid-
Grundglied 12 und eine n-leitende Galliumphosphid-Schicht
22 auf, die zusammen einen elektrolumineszenten Übergang 23 bilden. Als Beispiel
für die infrage kommenden Dimensionen seien folgende werte angegeben: die Dicke
der n-Schicht 22 kann in der Grössenordnung von 0,076 mm liegen , während die Gesamtdicke
von Grundglied und Mesa 0,18 mm betragen kann.
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Die Verbindung von einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle zum
Grundglied 12 erfolgt durch die Anschlussleiter 24, der an das Grundglied beispielsweise
über einen anlegierten Ohm'schen Gold-Zink-Kontakt 26 angeschlossen ist. Ein Anschlussleiter
27 vom anderen Pol der spannungsquelle ist an die Schicht 28 über einen anlegierten
Ohm'schen Zinn-A:ontakt 28 angeschlossen. Wie bekannt, emittiert unter dem Einfluss
einer Vorspannung in Durchlassrichtung der Übergang 23 Licht, das bei-der Anordnung
nach lig. 2 in nichtung des dicken Pfeiles erblickt wird. Eei dieser @lickrichtung
liefern die kontakte 25 und 28 sowie die Leitungen 24 und 27 keinerlei Abschattung
oder iibdeckung des bildes.
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Damit die Begrenzungen der Mesa 13 ebenso der übrigen Mesas scharf
definiert werden können, und damit der Kontrast der Wiedergabe stark vergrössert,
werden kann, werden die Flanken der Mesas unter einem aiinkel 8 wie dargestellt
abgeschrägt, wobei dieser Winkel typischerweise in der Grössenordnung dreissig Grad
gegenüber der Oberflächennormale des Grundgliedes 12 beträgt. Die abgeschrägten
Seiten führen zu einem grösseren projizierten Gebiet. in Blickrichtung als im Zentrum
der Mesa, wodurch die Kanten der Mesa heller gemacht werden.
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Fig. 3 zeigt das Diagramm dieses Effektes, und man sicht, dass die
Kanten der Mesa heller sind, und dass der Abfall des Lichtes an den äusseren Kanten
der Mesa abrupt ist. Das Gessmtergebnis ist eine scharf gezeichnete Mesa. Aus Fig.3
kann gleichfalls gesehen werden, dass die Mesa selbst dahingehend wirksam ist, das
Licht auf ein Gebiet zu beschränken, des in der Ausdehnung weitgehend mit der der
Mesa übereinstimmt.
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In der Praxis wurde gefunden, dass für eine abgeschrägte Kante die
Kantenhelligkeit sich mit l/sin O andert. Es ist auch möglich, die Kanten anderweitig
auszuformen als nur abzuschrägen, letzteres ist aber ein relativ einfacher Weg zum
Erhalt eines erhöhten Kontrasts.
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Fig. 4 zeigt ein Ziffernwiedergabesystem 31, in welchem eine Wiedergabevorrichtung
32 der in Fig. 1 dargestellten Art mit sichen Übergangs-Mesas 33, 34, 36, 37, 38,
39 und 41 verwendet ist. Eine Spaunungsquelle 42 und ein variabler Widerstand 43
liefern die richtige Spannung an die Vorrichtung 32, um Lumineszenz in den Übergaugen
zu erzeugen. Der Minuspol der @uelle 42 liegt über dem Widersiand 43 an einem Wählschalter
44, der jegliche manuell oder automatisch gesteuerte Form annehmen kann. Vom ScLalter
44 werden Verbindungen zu den einzelnen Mesas über ein Dioden-Netzwerk 46 hergestellt,
das zur Erregung der jeweiligen Übergänge ausgelegt ist, die zum Erzeugen einer
ausgewählten Ziffer notwendig sind, während der Strom zu den anderen Obergängen
gesperrt
wird. Trotz iares komplizierten Aussehens kann die Anordnung
nach Fig. 4 sehr leicht in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut werden, und
mehrere solcher Systeme können in einem sehr kleinen "Pake" euthalten sein.
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Der Einfachheit halber sei die Wirkungsweise nur anhand der an der
Wiedergabe einer einzigen Ziffer, beispielsweise der Ziffer 3, beteiligten Elemente
erläutert. Bei auf die ziffer 3 eingestelltem Schalter 44 ist über denselben der
minuspol der @pannungsquelle 42 über die Diode 47 mit der n-Seite der esa 39 verbunden,
ferner über die Diode 48 mit der n-Seite der esa 38, über die Diode 49 mit der n-Seite
der @esa 37, über die Diode 51 mit der n-Seite der esa 33 und schliesslich über
die Diode 52 vrit der n-oeite der Mesa 41. Die aktivierten Übergänge sind in Fig.
3 schattiert, und an sieht, dass die Ziffer 3 spiegelbildlich wiedergeeben wird.
Da jedoch, wie erwähnt, die wiedergegebene Ziffer von der anderen Seite her betrqchtet
wird, ist die angezeigte Ziffer bezüglich dieser blickrichtung richtig wiedergegeben.
Die übrigen Ziffern werden sämtlich auf ähnliche Weise erzeugt, obgleich selbstverständlich
jeweils verschiedene Dioden des Netzwerks 46 dazu verwendet werden.