DE2057838A1

DE2057838A1 - Elektrolumineszente Sichtvorrichtung

Info

Publication number: DE2057838A1
Application number: DE19702057838
Authority: DE
Inventors: Dir Gary A; Sliva Philip O
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1969-11-24
Filing date: 1970-11-24
Publication date: 1971-06-03
Also published as: US3673572A; CA919286A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2057838

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke ΧΜΪ Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Case XD/2853 g München 27, den

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

XEROX CORPORATION, Xerox Square, Rochester, Ii.Y.14605 / USA

Elektrolumineszente Sichtvorrichtung

Elektrolumineszente Sichtvorrichtungen haben immer mehr Interesse gefunden, da sie auf einer flachen Sichtfläche "beispielsweise Fernsehbilder wiedergeben können und die Ausbildung gmßer Informationsanzeigen ermöglichen, die durch viele Personen gleichzeitig zu beobachten sind. Andere Anwendungsfälle sind Radarsichtgeräte und Sichtgeräte für die Ausgabe von Computerdaten.

Sichtvorrichtungen dieser Art haben gegenüber der normalerweise als Sichtgerät verwendeten Kathodenstrahlröhre einige aus- | geprägte Vorteile. Beispielsweise erfordern sie keine Ablenkspulen und zugehörige Schaltungen, die elektrische Leistung verbrauchen. Ferner können sie im Gegensatz zu den Kathodenstrahlröhren in großem Format von 7,5 x 10 cm, 10 χ 12,7 cm und bis zu 50 χ 100 cm verwirklicht werden. Sie haben eine hohe Lichtabgabe bei gutem Kontrast und hohem Auflösungsvermögen. Ferner sind sie relativ unempfindlich gegenüber Vibration und Stoßeinwirkungen und haben eine minimale liefe.

Bei dem üblichen elektrolumineszenten Sichtgerät ist zwischen zwei Elektroden eine Schicht eines lumineszenten oder phos-

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phoreszierenden Materials angeordnet, diese Anordnung befindet sich auf einer Unterlage, die "beispielsweise aus Glas besteht. Das elektrolumineszente Material besteht im allgemeinen aus einem Leuchtstoff, der bei Einwirkung eines über der Zeit sich ändernden elektrischen Feldes Licht abgibt. Wird ein XtY-Sichtfeld oder ein matrizenförmig ansteuerbares Sichtfeld gewünscht, so können die Elektroden eine gitterartige Konfiguration haben, wobei eine Koinzidenzspannung an bestimmte Leiter der X- und der Y-Gruppe angeschaltet wird.

Elektrolumineszente Sichtvorrichtungen werden zwar oft erfolgreich angewendet, diese Anwendung ist jedoch auch mit Nachteilen behaftet. Einer der Nachteile elektrolumineszenter Anordnungen besteht darin, daß sie im allgemeinen getrennte Spannungsquellen zur Anregung der elektrolumineszenten Schicht und zur Ansteuerung der Kreuzpunkte benötigen. Dieses Erfordernis bedeutet einen beachtlichen Stromverbrauch. Ein weiteres Problem besteht darin, daß in elektrolumineszenten Sichtvorrichtungen eine Neigung zum "Nebensprechen" auftritt. Dies bedeutet, daß die dem angesteuerten Kreuzpunkt des Gitters benachbarten Kreuzpunkte störendes Licht abgeben, das die wiedergegebenen Daten stören oder auch unzuverlässige Daten erzeugen kann. Daher ist eine befriedigende Isolation der Kreuzpunkte in elektrolumineszenten Sichtvorrichtungen ein noch zu lösendes Problem.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrolumineszente Sichtvorrichtung zu schaffen, die billig und in großen Formaten herzustellen ist und die Wiedergabe von Positiv- oder Negativbildern ermöglicht, wobei eine ausreichende Isolation zwischen angesteuerten und nicht angesteuerten Kreuzpunkten möglich ist. Ferner soll sie im leitfähigen Zustand Speichereigenschaften haben. Sie soll außerdem einen Betrieb bei hohen Frequenzen ohne Beeinträchtigung des "Ein-Aus"-Kontrastes ermöglichen.

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Eine elektrolumineszente Sichtvorrichtung ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß zwischen zwei Elektroden, von denen mindestens eine durchsichtig ist, ein Bereich aus einem Material mit Schalterwirkung bzw. mit Stromleitung über und Stromsperrung unter einer vorgegebenen Schwellenspannung und ein Bereich aus einem elektrolumineszenten Material angeordnet sind, das bei Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden infolge einer Leitfähigkeitsänderung des Materials mit Schalterwirkung seinen Lumineszenzzustand ändert.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung handelt es sich also um ^ eine zusammengesetzte Struktur, die als Material mit Schalterwirkung beispielsweise einen Halbleiter enthalten kann, der zusammen mit dem elektrolumineszenten Material zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform sind die beiden Bereiche parallel zueinander zwischen den beiden Elektroden angeordnet, von denen zumindest eine durchsichtig -ist. !Ferner ist mit dieser zusammengesetzten Struktur eine Steuerimpedanz, beispielsweise ein Widerstand oder ein Kondensator, in Reihe geschaltet. Eine Wechselspannungsquelle mit geringem Innenwiderstand ist an die Elektroden angeschaltet, und wenn ihre Spannung den Schwellwert des Schalterelements erreicht, so ändert dieses seinen Leitfähigkeitszustand, wo- durch ein Strom durch das elektrolumineszente Element fließen " kann. Die Stromänderung durch das elektrolumineszente Element ändert sie Menge des abgegebenen Lichts. Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann das Schaltermaterial mit dem elektrolumineszenten Material zwischen zwei Elektroden in Reihe angeordnet sein. In jeder dieser Ausführungsformen kann die Steuerimpedanz eine Widerstandsschicht sein, die auf einer Elektrode angeordnet ist. Die so zusammengesetzten elektrolumineszenten Strukturen sind als Sichtfeld ausgebildet, und zur gleichzeitigen oder sukzessiven Ansteuerung der Kreuzpunkte auf dem Sichtfeld sind Ansteuerschaltungen vorgesehen.

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Somit können Bildinformationen oder andere.sieht "bare Daten angezeigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a die Ausbildung der I-V-Kurve des Elements mit bistabilen Schaltereigenschaften,

Pig. 1b eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Steuerimpedanz, die in Reihe mit der aus den beiden parallel zueinander angeordneten Bereichen bestehenden Struktur angeordnet ist,

Pig. 1c eine Anordnung mit einer Widerstandsschicht auf einer der Elektroden,

Pig. 1d eine Anordnung mit einer kapazitiven Impedanz,

Fig. 2 eine Darstellung des Schaltermaterials in Reihe mit dem elektrolumineszenten Material zwischen den Elektroden,

Pig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleitermaterials mit Schaltereigenschaften und des elektrolumineszenten Materials in heterogener Verteilung zwischen den Elektroden und

Pig. 4 eine schematische Darstellung eines Teils eines elektrolumineszenten Sichtfeldes mit zugehöriger Ansteuerverdrahtung.

In den Figuren sind jeweils dieselben Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 1b ist eine zusammengesetzte Struktur für ein Matrixelement dargestellt, die eine erste 'transparente Elektrode 14 und eine zweite Elektrode 17 aufweist, welche transparent oder undurchsichtig sein kann» Zwischen den Elektroden 14 und 17 ist ein Bereich 13 eines Halbleiters mit bistabilen Schaltereigenschaften angeordnet, der mit einem Epoxybindemittel 15 vermischt ist. Diesem Bereich parallel ist ein Bereich 12 aus elektrolumineszentern Material zu-

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Die Elektrode 17 ist über eine Steuerimpedanz 11 bzw. Z_f mit Erde verbunden. Die Elektrode 14 ist über eine Leitung 16 mit einer Wechselspannungsquelle 10 geringen Innenwiderstands verbunden.

Pig. 1c zeigt die gleiche Anordnung wie Pig. 1b, mit dem Unterschied, daß anstelle des Steuerwiderstands 11 eine Schicht eines Widerstandsmaterials 18 auf der Elektrode 17 angeordnet ist, Ferner kann anstelle eines Widerstands auch ein Kondensator verwendet werden, wie es in Pig. 1d dargestellt ist. In diesem Pail hat der Kondensator einen sehr geringen Widerstand für hochfrequenten Strom und ermöglicht deshalb einen stärkeren Stromfluß durch das Schaltermaterial und das elektrolumineszente Material.

Pig. 1a zeigt die Eigenschaften der I-Y-Charakteristik eines bistabilen Speicherelements für Wechselstrom, das im vorliegenden Pail aus CuO-Pulver in einem Epoxybindemittel bestehenkann. Nach ihrer Herstellung befindet sich die Anordnung in ihrem Sperrzustand, in dem sie einen hohen Widerstand Rj₃ hat, wenn Spannungen unter einem vorgegebenen Schwellwert V., anliegen. Der Strom steigt gemäß der Mnie a linear mit der angelegten Spannung an. Der Verlauf der I-Y-Charakteristik ist von dem jeweils verwendeten Material und dem Anlegen von Wechselspannung oder Gleichspannung abhängig. Übersteigt die Spannung einen Schwellwert, der typischerweise zwischen 10 und 30 V liegen kann, wenn ein Schaltermaterial von ca. 40/U Stärke verwendet wird, so erfährt die Anordnung einen Übergang in den leitfähigen Zustand, der durch die Linie b dargestellt ist. Sie bleibt in diesem leitfähigen Zustand für Zeiträume in der Größenordnung von zumindest Monaten, wenn die anliegende Spannung verringert oder abgeschaltet wird und kein Übergang in den Zustand hohen Widerstands in besonderer Weise erzeugt wird. Der Übergang vom hohen Widerstand ( > 10 MOhm) zu einem geringen Widerstand (ca. 1 bis 10^ 0hm) erfolgt in einer Schalt-

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zeit in der Größenordnung von MikroSekunden, wenn die Schwellwertspannung angeschaltet wird. Der Zustand hohen Widerstands kann wiederhergestellt werden, indem das Element einem ausreichend hohen Wechsel- oder Gleichstrom, einer Strahlung einer Hochfrequenzentladung oder einem hochfrequenten Strom ausgesetzt wird.

Wird ein Schaltermaterial mit variablem Widerstand verwendet, so enthält die I-V-Kurve zwischen den Linien a und b weitere Linien. Die transparente Elektrode 14 kann eine dünne Schicht aus Zinnoxid, Kupferiodid oder reinem Gold auf einer durchsichtigen Unterlage enthalten. Die undurchsichtige Elektrode kann aus jedem elektrisch gut leitfähigen Material bestehen, "beispielsweise aus Kupfer, Silber, Messing, Platin oder Stahllegierungen. Als elektroluminesz'entes Material kann Zinksulfid oder eine Mischung aus Kupferchlorid und mit Magnesium aktiviertem Zinksulfid in einem Bindemittel verwendet werden. Es können jedoch auch alle bekannten elektroiumineszenten Leuchtstoffe verwendet und zur Verwirklichung einer vorgegebenen Empfindlichkeit und eines bestimmten Strahlungsspektrums bearbeitet werden. Als Halbleiter-Schaltermaterial können amorphes oder polykristallines ZnOtZn, ZnO:Zn+ZnO oder ZnO-Pulver, suspendiert in einem Bindemittel wie z.B. Epoxydharz, verwendet werden. Andere geeignete Oxide sind Kupferoxid, Cuprooxid, Eisenoxid, Bleidioxid, Mangandioxid, Quecksilberoxid und Aluminiumoxid.

Das reduzierte Zinkoxid (ZnOsZn) im Schalterelement ist ein bekannter Leuchtstoff und im Handel erhältlich. Ferner haben die Zinkoxide einen variablen Widerstand und liefern hinsichtlich der Intensität des parallel zugeordneten elektroiumineszenten Materials eine Grauskala. Eine Verringerung des prozentualen Anteils des überschüssigen Zinks im Schaltergelement durch Vermischung des ZnO:Zn mit nichtreduzierten Pulvern ergibt Anordnungen, die als Schalter- und Speicherelemente zu-

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friedenstellend arbeiten. Zinkoxid, das nicht absichtlich reduziert ist, arbeitet gleichfalls zufriedenstellend. Das nichtreduzierte Material arbeitet in einigen lallen jedoch nicht so gut als variabler Widerstand wie das reduzierte Material. Der minimale Anteil überschüssigen Zinks zur Verwirklichung besserer Eigenschaften kann in einer reinen ZnO-Anordnung durch Wärme- oder elektronische Behandlung während der anfänglichen Herstellung verwirklicht werden. Daher können Anordnungen aus reinem ZnO hergestellt werden, die gleich gut wie ZnOsZn-Anordnungen arbeiten.

Die Herstellung des Zinks und der anderen modifizierten Oxide kann gemäß der US-Patentschrift 2 887 632 erfolgen. Die Zinkoxide mit variablem Widerstand werden hergestellt, indem Zinkoxid mit geringen Mengen von-Zink- und Aluminiumformiat in einem Vakuum ca. 5 Minuten lang bei 700⁰O aktiviert, wird. Die Gewichtsverhältnisse betragen 60 g ZnO zu 0,3 g Aluminiumformiat und 60 g Zinkformiat. Diese Verfahren reduzieren den spezifischen Widerstand der verwendeten ZnO-Pulver um ungefähr eine Größenordnung. Der Grund dafür, daß das modifizierte Oxid einen geringeren Widerstand hat, ist nicht vollständig geklärt, man nimmt an, daß bei der Aktivierung die verschiedenen Mischungen der organischen Metallverbindungen wie Zinkformiat und Aluminiumformiat in eine flüchtige organische Verbindung und ein reines Metall zersetzt werden, das ein Teil des Oxid-Kristallgitters wird. Modifiziertes OuO und AIpO, ergaben sich durch Beifügung von 10 Gew.# der genannten Pormiate zu den Oxiden und durch Aktivierung in der vorstehend beschriebenen Weise.

Die verwendeten aktiven Materialien und ihre spezifischen Widerstandswerte sind in Tabelle I aufgeführt.

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Tabelle I

Material

spez. Widerstand

ZnO:Zn

(p-15 Leuchtstoff) Zinkoxid

Zinkoxid, aktiviert mit Aluminiumformiat in beschriebener Weise Zinkoxid, aktiviert mit Zinkformiat Zinkoxid mit hoher Leitfähigkeit Kupferoxid Kupferoxid, aktiviert mit 10 Gew.% Aluminiumformiat Kupferoxid, aktiviert mit 10 Gew.% Kupfer Kupro-oxid Eisenoxid Bleidioxid Mangandioxid

Aluminiumformiat

pO, mit 10 Gew. Quecksilberoxid

7,5 x 10⁹ 0hm cm 7,5 x 10⁹ » «

4.4 x 10
1,1 χ 10 6 χ

6.5 x

6 χ 10

8,8 χ 10

4,8 χ 10

7,2 χ 10
3,6 χ 10⁹

8 χ 10³
1 χ 10⁵
2,5 χ 10
3,8 χ 10

9 χ 10

Il It

ti

Il

Il Il It It It It Il It

It It It It

It Il Il It Il It Il Il

Zu Tabelle I werden die folgenden Bemerkungen gemacht:

1) Alle Proben sind Pulverproben mit variabler Teilchengröße, die zu einigen der ungewöhnlichen Widerstandswerte führen kann, beispielsweise ^ _CuQ ^ ^ Cu 0" ^ΰίβ ^verwendeten Pulver sind USP-Arten von J.T. Baker Chemicals, falls nicht anders angegeben.

2) Das für die Widerstandsmessung angewendete Verfahren entspricht dem von der American Society for Testing and Materials (ASTM) zur Bestimmung des elektrischen Widerstands von Isolierstoffen angegebenen.

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3) Materialänderungen durch Aktivierung von Oxiden mit Metallformiaten waren insbesondere vorteilhaft bei Zinkoxid-Aluminiumformiat. ·

4) Eine große Anzahl Metalloxide zeigt ein variables Widerstandsverhalten. Die beobachteten Unterschiede zeigten sich hauptsächlich bei der Erzeugung des Zustandes variablen Widerstands und im Hinblick auf die Leichtigkeit, mit der der höchstmögliche variable Widerstand jeweils wiederhergestellt werden kann. Als ein bester Widerstandswert kann aus der Tabelle I

Q -IQ

ein Wert von ca. 10 bis 10 Ohm cm entnommen werden.

Die Art der verwendeten Bindemittel und der prozentuale Gewichtsanteil der mit Erfolg in dem Bindemittel verwendeten aktiven Pulver sind in !Tabelle II aufgeführt. Diese Ergebnisse gelten für die ZnO:Zn-Anordnung und einen vorgegebenen Elektrodenstoff.

Tabelle II

Bindemittel (Gew.0)

Beigabe von ZnO:Zn (Gew.0)

60$ Seezak Epoxy
SR 100 + SO 301

800 Plio Bond* Kleber
700 Seezak SA 593 Klebstoff 980 Ciba Araldite Epoxy 950 Oiba Araldite Epoxy 900 Oiba Araldite Epoxy 600 Ciba Araldite Epoxy 500 Ciba Araldite Epoxy 600 Ciba Araldite Epoxy 500 Ciba Araldite Epoxy

40$ ZnO:Zn

200 ZnO:Zn 500 ZnO:Zn 20 ZnO:Zn

50 ZnO:Zn 100 ZnO:Zn 400 ZnO:Zn 500 ZnO:Zn 400 ZnO
500 ZnO + 500 ZnO:Zn

Hersteller- oder Handelsname

Die vorstehend angegebenen prozentualen Werte sollen nicht ein schränkend verstanden werden, sie geben lediglich einen mit Er folg angewandten Bereich für die jeweilige Beigabe an.

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Einige der elektrischen Eigenschaften der Bindemittel sind in Tabelle III aufgeführt.

	Tabelle	10^b Hz	III	^x ™ll χ 10 5 χ 10¹²	25° 100 150	,5 x 10¹⁵	dielektrische Festigkeit
Bindemittel	Dielektrizitäts konstante	2,7-4,4				Volt/mm
	60 Hz		spez.Wider stand, 0hm cm	,2 χ 10¹⁶	⁰C) ⁰C) 12 000
Oiba Araldite 3010 ausgehärtet	3,3-5,1	3,22		,53 x 10¹²
* Seezak			1 9 5	,58 χ 10¹¹	18 000
SR 100 + SO 301	4,05	3,31		10¹⁰
Seezak		4,9	3		16 800
SR 100 + Sc 304	4,03	3,5			20 000 (a.c.test)
Pliobond +	10,0		1
++	7,5	5	120 000 trocken
GE 7031 Isolierlack		1

60 000 nach 24 h in H₂O

Die Werte der angegebenen Parameter stammen von den Herstellern.

genaues Prüfverfahren des Herstellers unbekannt + im Ofen bei 0# Luftfeuchte und 35°O getrocknet ++ 96 h lang in Leitungswasser, dann bei 35°C getrocknet und getestet.

Aus der vorstehenden Tabelle geht hervor, daß noch mehr unterschiedliche Bindemittel verwendet werden können (Kleber auf Kautschukbasis, Epoxyharze und Kunststoffe). Die wichtigste Eigenschaft ist eine hohe Durchschlagsfestigkeit und ein hoher spezifischer Widerstand. Bei der Auswahl eines geeigneten Binde-

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Mittels und des prozentualen Mischungsanteils eines aktiven Pulvers sind Parameter wie die Topfzeit des Bindemittels, die Konsistenz der Mischung (sehr dicke oder stark "beschickte Mischungen sind schwieriger zu handhaben), die mechanische Stabilität und die Widerstandseigenschaften der zusammengesetzten Probe gegenüber thermischen und Feuchtigkeitseinflüssen gleichfalls zu berücksichtigen. Die Pulver-Bindemittelmischung Zcann in jeder geeigneten Weise hergestellt werden, die die Bildung einer gleichmäßigen Mischung ermöglicht.

Eine extrem gleichmäßige Mischung ist zwar günstig, jedoch nicht unbedingt erforderlich, da gemäß Tabelle II größere An- (j derungen der Beschickungsdichte vertretbar sind. Ist die Mischung dick, so ergibt durch Verteilung des Films mit einem AufStreicher, einem Spachtel oder einem ähnlichen Werkzeug ein angemessener Film. Ist die Mischung dünn (oder absichtlich mit einem Lösungsmittel verdünnt), so kann die Schaltmaterialschicht auf eine Unterelektrode gestrichen, gesprüht oder niedergeschlagen werden. Die Gegenelektrode kann dann auf die feuchte Mischung aufgelegt, aufgestrichen oder aufgesprüht werden, auf der der aktive Teil der Anordnung bereits ausgehärtet ist. Die beschriebenen Verfahren haben wesentliche Vorteile für die Herstellung von großflächigen Anordnungen oder Matrizen bei Zimmertemperatur ohne das Erfordernis von Kammern, in de- ^ nen eine besondere Atmosphäre erzeugt wird. jj

Es gibt noch keine vollständig klare Theorie der Funktion des Speicherelements, empirische Beobachtungen liefern jedoch eine mögliche Erklärung für das Verhalten. Das anfängliche schnelle Schalten in den Zustand geringen Widerstands wird auf die Ausbildung eines permanenten Stromweges mit faserstruktur infolge thermischer oder elektronischer Prozesse zurückgeführt, die sich aus hohen lokalen Stromunterschieden in der Probe wäh-.rend eines elektrischen Überschlags ergeben. Dieser Stromweg kann durch eine örtliche Reduktion des Metalloxids in eine 'Metallfaser, durch den Transport des Elektrodenmaterials durch

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einen Spalt im "benachbarten Material (das Loch oder der Spalt kann sich während der Herstellung der Anordnung oder durch einen elektronischen Durchschlag der Anordnung ergeben) oder durch eine Kombination dieser beiden Vorgänge erzeugt werden.

Diese Vorgänge sind nicht definitiv nachgewiesen, sie stimmen jedoch mit der Beobachtung eines Nullpotentialspeichers überein. Ferner ist ein derartiger Vorgang der Faserleitung in Übereinstimmung mit der Möglichkeit der Wiederherstellung des Zustandes hohen Widerstandes. Eine hohe Stromdichte erklärt vielleicht das vollständige oder teilweise Unterbrechen der Ei? leitenden Fasern. Schließlich zeigt eine mikroskopische Prüfung das Vorhandensein lokaler Bereiche mit Strukturänderungen in den Elementen, die in einen Zustand geringen Widerstands geschaltet sind. Man nimmt an, daß der Durchschlag und die Ausbildung von leitenden Fasern durch jeden Vorgang eingeleitet wird, mit dem ein starker Stromanstieg in einem Material mit anfangs hohem Widerstand verbunden ist, beispielsweise durch thermische, elektronische oder optische Anregung von Ladungsträgern in dem Material, von darin enthaltenen Fangstellen oder den benachbarten Elektroden aus.

Die Funktion der in den Fig. 1b und 1c gezeigten Anordnungen ist dieselbe. Ist die Impedanz Z-g-rg des zusammengesetzten Schaltelements derart, daß die Impedanz der gesamten Struktur größer als die Steuerimpedanz Z~ ist, so wird die Spannung V der Spannungsquelle mit geringem Innenwiderstand in erster Linie an der zusammengesetzten Struktur abfallen, und bei Anstieg der Spannung V tritt eine Lumineszenz des elektrolumineszenten Elements auf. Ist jedoch die Spannung Vn,_TC, größer als die Schwellenspannung V^, so geht das bistabile Schaltermaterial in einen Zustand geringen Widerstands über und es ist Ζ-π,-rg <( Z„. In diesem Zustand ist die Spannung an der zusammengesetzten Struktur viel geringer als bei V < V.,, und das elektrolumineszente Material EL speichert einen "Aus"-Zustand,

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in dem es viel schwächer luminesziert. Die Einschränkungen der Werte Z™- und Z_f "bedeuten, daß im Sperrzustand Z^g y} Z_f und im leitenden Zustand Z_BIig * Z_f gilt. Der Zustand hoher Impedanz der Gesamtanordnung kann durch impulsmäßige Ansteuerung des Schaltermaterials mit einer Wechsel- oder Gleichspannung oder durch Einwirkung einer Strahlungsquelle wie z.B. einer lesla-Spule wiederhergestellt werden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei den zur Aktivierung des elektrolumineszenten Materials EL eine Reihenimpedanz Z^ von ungefähr 4 kOhm ausreicht, um den Strom durch das Schalterelement auf einen Wert zu "begrenzen, der eine Rückkehr in den ^ Sperrzustand nach dem Schaltvorgang verhindert. Daher muß Ie- ^| diglich die Impedanz der zusammengesetzten Struktur auf Z-nvrg ^ 4 kOhm im Sperrzustand und auf Z-oxg \ 4.kOhm im leitenden Zustand begrenzt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß der oben angegebene Wert der Steuerimpedanz Z~ nur als Beispiel und in keiner Weise einschränkend zu verstehen ist, da der optimale Wert letztlich durch die Einzelheiten der konstruktiven Ausführung der Anordnung bestimmt ist.

Die vorstehend beschriebene Funktionsweise steht im Gegensatz zu einer in Serienanordnung zusammengesetzten Konfiguration der in Pig. 2 gezeigten Art. Hier sind eine transparente Elektrode 14 und ein elektrolumineszentes Material 12 vorgesehen. Ein leitfähiger Film 19 ist zwischen dem Schaltermaterial 13 und dem elektrolumineszenten Material 12 angeordnet. Die Elektrode 17 berührt die andere Seite des Schaltermaterials 13 und ist über die Steuerimpedanz 11 mit Erde verbunden. Die transparente Elektrode 14 ist über eine Leitung 16 mit der Spannungsquelle 10 verbunden, wodurch die Reihenschaltung des Schaltermaterials und des elektrolumineszenten Materials vervollständig ist. Es sei bemerkt, daß der leitfähige PiIm 19 vorgesehen ist, um einen größeren leitfähigen Bereich zwischen den beiden Einzelelementen zu schafften. Eine zufriedenstellende Leistung der

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- 14 Speicheranordnung ist jedoch auch ohne diesen Film möglich.

Bei der in Jig. 2 gezeigten Anordnung wird das elektrolumineszente Element in einem "Aus"-Zustand durch das Schalterelement gehalten, dessen Sperrimpedanz Zg viel größer als die Impedanz Z-c-r des elelctrolumineszenten Elements ist. Es gilt also Z_a yy ²EL* ^{Dadurcn is}^ ^die Spannung am elelctrolumineszenten Element geringer als die Spannung am Schalterelement "bzw. es gilt V_EL « Yg, solange Vg < V_th ist. Ist V_g > V_th, so kehrt das Schalterelement seinen Zustand zum geringen Widerstand um, und das elektrolumineszente Element luminesziert.

Hat das Schaltermaterial einen variablen Widerstand, so kann die Helligkeit der Lumineszenz durch Änderung des Widerstands geändert werden. Die Bedingung Zg ^ Z-g-r für die Reihenanordnung im "Aus"-Zustand erfordert einen Sperrzustand Z_g^ 10 Ohm, dies ist eine strengere Forderung als die Bedingung Z-g-j-g ^Z^. für die Parallelanordnung.

Einer der Vorteile der Parallelanordnung besteht darin, daß die Steuerelemente im Sperrzustand einen viel geringeren Impedanzwert als bei der Serienanordnung haben dürfen. Dies ermöglicht die Anwendung eines größeren Bereichs von Schaltermaterialien. Es können sogar Stoffe verwendet werden, für die im Sperrzustand Z_g v, Z-g-j- ist.

In Fig. 3 ist eine heterogene Mischung eines Schaltermaterials mit einem elektrolumineszenten Pulver in einem Epoxidbindemittel dargestellt. Die Einzelteile sind in der in Fig. 1b gezeigten Weise angeordnet. Diese Konfiguration ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die aktiven Elemente des Schaltmaterials und des elektrolumineszenten Materials in einem einzigen Sprühvorgang gebildet werden können. Ferner hat diese Konfiguration die günstige Eigenschaft der Erzeugung von Positivbildern ader Negativbildern, was von der Richtung der koinziden-

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ten Impulse abhängt. Die Untergrundflachen können also heller als die Bildflächen erzeugt werden und umgekehrt.

Pig. 4 zeigt eine Draufsicht auf mehrere zusammengesetzte elektrolumineszente Strukturen, von denen eine mit a "bezeichnet ist. Die eine Elektrode einer jeden Anordnung ist mit einer X-Klemme, die andere Elektrode mit einer Y-Klemme verbunden. Die Gesamtanordnung kann auf einer Lagerung 42 angeordnet sein, die aus einem nichtleitfähigen Material besteht. Zum Zwecke der Erklärung sei angenommen, daß die an die X-Klemmen angeschalteten Elektroden transparent sind, so daß das gesamte Sichtfeld von dieser Seite aus betrachtet werden kann. Selbstverständlieh können die transparenten Elektroden auch auf der anderen t| Seite vorgesehen sein. In gewissen Fällen können auch auf beiden Seiten des Sichtfeldes t-ransparente Elektroden vorgesehen sein, die die Darstellung positiver oder negativer Daten ermöglichen. Abhängig von den Schaltungserfordernissen kann die jeweilige zusammengesetzte Anordnung eine Serienanordnung oder eine Parallelanordnung der oben beschriebenen Art sein. Da die Einzelanordnungen in geringer Größe hergestellt werden können, is.t eine leichte Steuerung des Auflösungsvermögens möglich.

Der Schalter S. verbindet eine Wechselspannungsquelle 40 mit den X-Klemmen, während der Schalter S₉ die Y-Klemmen über eine Steuerimpedanz 41 an Erde schaltet. Die Schalter S.. und S₂ ύ sind zwar als mechanische Vorrichtungen dargestellt, die Er- ' findung ist auf deren Anwendung jedoch nicht beschränkt. Es können auch elektronische Schalter mit Röhren oder Transistoren als Schalterelemente verwendet werden. Ferner können bei der Anwendung in Computern oder bei der Nachrichtenübertragung logische Schaltungen zur Ansteuerung des Sichtfeldes vorgesehen sein, die die Verarbeitung der verschiedensten Daten ermöglichen. Die Anwendung elektronischer und logischer Schaltungen ist also durch die Erfindung in keiner Weise eingeschränkt.

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Pur die Punktion der in Pig. 4 gezeigten Anordnung sei angenommen, daß der Kreuzpunkt X₂, Y₂ angesteuert werden soll und daß die Speicherelemente eine Serienanordnung des "bistabilen Schaltermaterials und des elektrolumineszenten Materials darstellen. Wenn der Schalter S. die Klemme X₂ und der Schalter S₂ die Klemme Y₂ erreicht, so wird die Speicheranordnung dieses Kreuzpunktes aktiviert, wenn die anzuschaltende Spannung über dem Schwellwert für das Schaltermaterial liegt. Das elektrolumineszente Material gelangt in seinen lumineszierenden Zustand, da das bistabile Schaltermaterial nun seinen leitenden Zustand eingenommen hat, der einen Stromfluß zwischen den beiden Klemmen ermöglicht. Wird der Schalter S₁ von der Klemme X₂ abgenommen, so ist der lumineszierende Zustand beendet. Das bistabile Material speichert jedoch diesen Zustand, da e3 sich in seinem leitenden Zustand befindet. Um es in seinen Sperrzustand zurückzuführen, kann ein starker Strom durch das Material hindurchgeschickt werden, oder es wird einer Strahlung ausgesetzt. Es kann auch eine Abtastvorrichtung zur Peststellung des leitenden Zustandes eines jeden Speicherelementes verwendet werden. Wird ein derartiges Sichtfeld zusammen mit einem Computer verwendet, so wird dessen Speicher entlastet.

Die in Pig. 4 gezeigte Anordnung stellt lediglich einen Teil eines Sichtfeldes dar. Bei der tatsächlichen Ausführung sind viel mehr Ansteuerklemmen und Speicherelemente vorgesehen, die eine viel größere Anzahl Koordinaten ergeben. Bei einem normalen Sichtfeld können zahlreiche Klemmen angesteuert oder nacheinander oder gleichzeitig abgetastet werden, so daß es die gebräuchlichen Daten anzeigen kann. Die Spannung an den verschiedenen Ansteuerklemmen kann auch moduliert werden, um die Helligkeit der Anzeige zu steuern und durch Änderung des Widerstandszustandes bei einem variablen Schaltermaterial verschiedene Kontraste der angezeigten Daten zu verwirklichen.

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Die Nachteile bekannter elektrolumineszenter Anordnungen werden durch die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Anordnung mit Speichereigenschaften vermieden. Es ist möglich, Isolationen zwischen angesteuerten und nicht angesteuerten Kreuzpunkten vorzusehen und ein und dieselbe Spannungsquelle zur Anregung der elektrolumineszenten Schicht und zur Ansteuerung ausgewählter Kreuzpunkte zu verwenden. Ferner ist die Bildung eines Halbleiter-Schalterelements möglich, das den Betrieb der elektrolumineszenten Schicht steuert und seinen leitfähigen Zustand speichert.

Das nach der Erfindung ausgebildete Speicherelement ist billig herzustellen und enthält einen bistabilen Halbleiter ohne *

Grleichrichtereigenschaften aus einem amorphen oder polykristallinen Material mit variablem Widerstandszustand. Wird eine Spannung über einem Schwellwert an die Elektroden.des Speicherelements angeschaltet, so ändert es seinen Zustand schnell aus einem Sperrzustand in einen leitenden Zustand bzw. von hohem Widerstand zu geringem Widerstand. Das Element bleibt auch dann in seinem leitfähigen Zustand, wenn keine Spannung mehr anliegt, es kann durch einen weiteren Stromanstieg über einen vorbestimmten Wert oder durch Strahlungseinwirkung in seinen Sperrzustand zurückgeführt werden. Die Verwirklichung der Speichereigenschaft bei einer Sichtvorrichtung wurde schon lange angestrebt, da sie den Speicherbedarf von Computern verringert. M

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Claims

- 18 Patentansprüche

(ι Iy) Elektrolumineszente Sichtvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Elektroden (14»17)ι von denen mindestens eine durchsichtig ist, ein Bereich (13) aus einem Material mit Schalterwirkung "bzw. mit Stromleitung über und Stromsperrung unter einer vorgegebenen Schwellenspannung und ein Bereich (12) aus einem elektrolumineszenten Material angeordnet sind, das bei Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden (14»17) infolge einer Leitfähigkeitsänderung des Materials (13) mit Schalterwirkung seinen Lumineszenzzustand ändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das elektrolumineszente Material (12) parallel zu dem Schaltermaterial (13) zwischen den Elektroden (14,17) angeordnet ist,
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Schaltermaterial (13) und das elektrolumineszente Material (12) in einer heterogenen Mischung in einem Epoxidbindemittel angeordnet sind, so daß mit der Richtung der an die Elektroden (14»17) angeschalteten Spannung eine Aufhellung der Untergrund flächen und eine Abdunkelung der Bildflächen und umgekehrt möglich ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß mit den Elektroden (14»17) eine Steuerimpedanz (11) in Heihe geschaltet ist und daß das Schaltermaterial (13) zur Änderung der Helligkeit des elektrolumineszenten Materials (12) Zustände veränderlichen Widerstands aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Elektroden (14»17) eine Widerstandsschicht (18) vorgesehen ist.

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6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung der beiden Bereiche (12,13) in heterogener Mischung mit einer der Elektroden (14,17) eine kapazitive Steuerimpedanz (9) in Reihe geschaltet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltermaterial (13) einen amorphen oder polykristallinen PiIm aus einem der halbleitenden Metalloxide von Zink, Kupfer, Blei, Mangan, Quecksilber oder Aluminium bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, Ψ daß das Schaltermaterial (13) einen halbleitenden Stoff enthält. .'■■■·
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der halbleitende Stoff ein reduziertes Metalloxid ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (14,17) transparent bzw. durchsichtig sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Vielzahl von Einzel- yj Vorrichtungen (a) in Porm einer nach Art einer Matrix ansteuerbaren elektrolumineszenten Sichtvorrichtung, und durch Ansteuervorrichtungen. (S^,S₂), die die wahlweise Erzeugung eines
elektrischen Feldes, an individuellen Elektrodenpaaren und damit die visuelle Anzeige von Daten auf der Sichtvorrichtung ermöglichen.

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