DE2361531B2 - Elektrolumineszierende Anordnung und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Elektrolumineszierende Anordnung und Verfahren zu ihrem Betrieb

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrolumineszierende Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Anordnung dieser Art ist aus der US-PS 99 158 bekannt
Elektrolumineszierende Anordnungen enthalten als Lichtquellen meistens Halbleiterdioden, die Licht einer bestimmten Wellenlänge emittieren. Um nacheinander Licht verschiedener Farbe zu erzeugen, wurde versucht elektrolumineszierende Anordnungen herzustellen, die verschiedene Farben als Funktion eines Parameter erzeugen, dessen Änderungen gesteuert werden können.
Wenn mehrere elektrolumineszierende Lichtquellen verschiedener Farbe nebeneinander angeordnet und selektiv gespeist werden, ist es erforderlich, für jede Lichtquelle eine steuerbare Speisung vorzusehen, wodurch die Anordnung verwickelter wird und mehr Raum in Anspruch nimmt; im Falle von Mosaiken von Lichtpunkten vom ΛΎ-Matrixtyp ist z. B- die Vergrößerung der Anzahl der Speiseleiter ein wesentlicher Nachteil.
Aus der US-PS 36 03 833 ist eine elektrolumineszierende Anordnung bekannt, in der eine elektrolumineszierende Diode verwendet wird, die so dotiert ist, daß durch Verändern des sie durchfließenden Stromes die Farbe des emittierten monochromen Lichtes verändert werden kann.
Aus »Electronics« (11. Mai 1970), 88—93, insbesondere 91 und 92, ist es bekannt, elektrolumineszierende Dioden mit einem Material zu bedecken, das die von der Diode emittierte Strahlung in eine Strahlung anderer Wellenlänge umwandelt. Weiter ist es aus dieser Literaturstelle bekannt, elektrolumineszierende Dioden
statt mit einem gleichen Strom mit Stromimpulsen zu speisen, um so die Lichtausbeute zu erhöhen.
Aus der US-PS 34 99 158 ist es bekannt, ein elektrisches Signal dadurch zu quantisieren, daß mit ihm parallel mehrere lichtemittierende Dioden gespeist werden, die durch in ihre Zuleitungen eingeschaltete unterschiedliche Vorwiderstände unterschiedliche Ansprechschwellen haben und die Strahlung unterschiedlicher Farben emittieren, wobei die Lichtströme der einzelnen Dioden durch geeignete Detektoren wieder in elektrische Signale umgesetzt werden.
Die Erzeugung eines Gesamtlichtstromes unterschiedlicher Farbwirkung ist bei dieser Anordnung nicht beabsichtigt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrolumineszierende Anordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß nacheinander eine beliebig große Zahl verschiedener Farben wiedergegeben werden kann, wobei die verschiedenen Lichtquellen über einen gemeinsamen Leiter gespeist werden.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Unterschiede der Lichtstrom-Strom-Kennlinien der bekannten monochromen elektrolumineszierenden Lichtquellen zu berücksichtigen, bei denen die Kurven des emittierten Lichtstroms Lichtstrom als Funktion der zu steuernden Größe nicht alle miteinander identisch sind.
Es ist bekannt, daß die Empfindlichkeit des Auges nicht für all die verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren Spektrums dieselbe ist. Die Empfindlichkeitskurve des Auges soll beim Vergleich von Lichtquellen verschiedener Farbe berücksichtigt werden. Der Lichtstrom F einer elektrolumineszierenden Quelle ist also gleich dem Produkt der ausgestrahlten Leistung P und eines Faktors V, der die relative Empfindlichkeit des Auges bei der ausgesandten Wellenlänge ausdrückt, und eines Faktors K, der das Äquivalent in Lichtstrom pro Leistungseinheit darstellt und annähernd gleich 680 Lumen/W ist Nachstehend wird der Lichtstrom F betrachtet Weiter sei bemerkt daß die Kurven für die nachstehend zu erwähnenden in Gruppen angeordneten Lichtquellen als in demselben Maßstab und mit denselben Einheiten aufgetragen zu betrachten sind, um einfach miteinander verglichen werden zu können, wenn die Diagramme mit diesen Kurven übereinander angeordnet werden.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die verschiedenen in Gruppen angeordneten Lichtquellen, die in Reihe gespeist werden, werden gleichzeitig von einem Strom in einer Stärke / durchlaufen. Wenn für diese Starke ein Wert /i gewählt wird, für den der Lichtstrom, der von den Quellen emittiert wird, deren Strahlung eine erste Wellenlänge Λι aufweist, größer als der aller anderen Lichtquellen ist ist die dieser ersten Wellenlänge entsprechende Farbe vorherrschend. Wenn für diese Stärke ein Wert h gewählt wird, für den der Lichtstrom, der von den Quellen emittiert wird, deren Strahlung eine zweite Wellenlänge A2 aufweist, größer als der aller anderer Quellen ist ist die dieser zweiten Wellenlänge entsprechende Farbe vorherrschend. Indem für diese Stromstärke /andere Werte gewählt werden, kann auch die Farbe anderer Quellen vorherrschend gemacht werden.
Die Anordnung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß lediglich durch Änderung des allen Lichtquellen gemeinsamen, injizierten Stromes nacheinander leicht mehrere verschiedene Farben erzeugt werden können. Die Kurven 1, 2 und 3 der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung stellen in logarithmischen Koordinaten die Änderungen der Lichtströme F dar, die von den elementaren Lichtquellen Sl, S2 bzw. S3 einer Anordnung nach der Erfindung als Funktion der Stärke
ίο /des sie durchlaufenden Stromes emittiert werden. Da die Quellen Sl, S2 und S3 in Reihe geschaltet sind, werden die Lichtströme der drei Quellen zu einem gegebenen Zeitpunkt durch die verschiedenen Ordinaten dargestellt, die einer gleichen Stromstärke / entsprechen; es ist ersichtlich, daß bei einer Stromstärke Ia der Lichtstrom FA \ der Quelle S ί vorherrschend ist; bei einer Stromstärke Ib ist der Lichtstrom Fe 2 der Quelle S 2 vorherrschend, während bei einer Stromstärke leder Lichtstrom Fc 3 der Quelle S3 vorherrschend ist Die elementaren Lichtquellen können auch aus identischen in Reihe geschalteter Einzellichtquellen bestehen, deren Lichtströme sich addieren.
Die Anordnung nach der Erfindung benötigt keine zusätzlichen Widerstände, die einen Energieverlust herbeiführen und mehr Raum beanspruchen. Die Anordnung erfordert für verschiedene Farben nur eine einzige Speiseleitung. Der Strom in jeder der elementaren Lichtquellen, der für alle Lichtquellen derselbe ist wird an der Speisequelle genau definiert und eingestellt Die Anzahl in Gruppen angeordneter Lichtquellen in einer Anordnung nach der Erfindung ist nicht beschränkt Vorzugsweise enthält die Anordnung mindestens eine Lichtquelle für jede der gewünschten Farben, die als Primärfarben zu betrachten sind und die es ermöglichen, andere gewünschte Farben durch additive Mischung der emittierten Lichtströme zu erhalten.
Es ist im allgemeinen wünschenswert daß der Lichteindruck, den eine Anordnung zur Wiedergabe mehrerer Farben auf das Auge eines Beobachters macht für die verschiedenen Farben, die diese Anordnung wiedergeben kann, nahezu gleich groß ist Zu diesem Zweck wird die Anordnung vorzugsweise von Impulsen gespeist und die Dauer eines Impulses nimmt ab, wenn die Amplitude des Impulses größer wird. Es ist nämlich bekannt daß das »Nacheilen« von Lichteindrücken die Möglichkeit bietet äquivalente Effekte mit verschiedenen Lichtströmen durch Einwirkung auf die Dauer des Reizes zu erhalten. Es ist günstig, wenn für jeden Wert der Erregungsstärke die Dauer des Impulses dem emittierten Lichtstrom umgekehrt proportional ist Selbstverständlich kann dieses Verhältnis korrigiert werden, wobei gegebenenfalls besondere Kontrastbedingungen der Beleuchtung der Umgebung oder andere Faktoren, die die Sichtbarkeit des Gebildes der zu einer Anordnung zusammengebauten Lichtquellen beeinflussen, berücksichtigt werden.
In dem am häufigsten vorkommenden Fall, in dem ein scheinbar kontinuierlicher Lichteindruck gesucht wird, wird die Anordnung von aufeinanderfolgenden Impulsen mit einer die Flimmerfrequenz überschreitenden Frequenz gespeist In diesem Falle nimmt das Tastverhältnis oder das Verhältnis der Dauer eines Impulses zu der Gesamtdauer der Wiederholungsperio-
de ab, wenn die Stromstärke größer ist Es ist günstig, wenn für jeden Wert des Erregungsstroms dieses Tastverhältnis mit zunehmenden Lichtstrom abnimmt wobei dieses Gesetz, wie oben beschrieben wurde, in
bezug auf die besonderen Frequenz- oder Kontrastbedingungen oder andere die Sichtbarkeit beeinflussende Faktoren korrigiert werden kann.
Bei einer ersten Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung werden verschiedene Lichtquellen derart nebeneinander und nahe beieinander angebracht, daß bei einem minimalen Beobachtungsabstand praktisch eine einzige Quelle sichtbar wird, deren Farbe durch die additive Mischung der Farben der verschiedenen erregten Quellen unter Berücksichtigung ihrer Lichtströme erhalten wird.
Vorzugsweise sind die Lichtquellen und die Erregerstromstärken derart bemessen, daß der emittierte Lichtstrom in einer vorherrschenden Farbe für mindestens einen Wert der Stärke des die verschiedenen Quellen durchlaufenden Stromes zehnmal größer als der von allen anderen nichtvorherrschenden Quellen emittierte Lichtstrom ist Die Anordnung wird dann nahezu in der Farbe der Quellen sichtbar, deren Lichtstrom vorherrschend ist
Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß, wenn der Schnittpunkt der Kurven 1 und 2 betrachtet wird, für die entsprechenden Ströme Ip die beiden Quellen S1 und 52 denselben Lichtstrom Fp haben. Wenn die emittierten Lichtstrahlen von dem Beobachter gemischt werden können, ist die scheinbare Farbe der Anordnung diejenige, die sich aus der Mischung der Farben von 51 und 52 ergibt, wobei der Lichtstrom der Quelle 53 praktisch keinen Einfluß ausübt
Wenn in nahezu allen Fällen die Kurve des Stromes einer Quelle als Funktion der Stärke des sie durchlaufenden Stromes weder eine Diskontinuität noch eine plötzliche Steilheitsänderung aufweist, kann durch passende Wahl der Stromstärke, die dem Schnittpunkt der beiden Kurven entspricht, wenn die Diagramme übereinander angeordnet werden, eine zusammengesetzte Farbe erhalten werden, die sich aus einer Mischung gleicher Anteile mindestens der beiden Farben der beiden Quellen oder Gruppen von Quellen ergibt, deren Kurven sich schneiden, während außerdem durch Einstellung der Stärke des Stromes ein ganzes Spektrum von Zwischenfarben erhalten werden kann, das sich aus der Mischung veränderlicher Anteile dieser Farben, je nach den gegenseitigen Lichtströmen der verschiedenen Farben, ergibt. Die Anordnung ermöglicht es auf diese Weise, eine Farbe wiederzugeben, die sich aus der additiven Mischung anderer Farben ergibt die dadurch erhalten wird, daß ein Strom injiziert wird, dessen Stärke zwischen den Stärken der Ströme liegt für die die genannten anderen Farben vorherrschend sind.
Alle Zwischenfarben, die sich aus dieser additiven Mischung ergeben, können auch durch zeitliche Mischung mit Hilfe von schnell aufeinanderfolgenden Impulsen verschiedener Stärken erhalten werden, ss wobei jede dieser Stärken eine bestimmte Farbe vorherrschend macht und das »Nacheilen« der Lichteindrücke es dem Auge des Beobachters ermöglicht die Summe der empfangenen Eindrücke aufzunehmen. Die Dauer der Impulse ist in diesem Falle eine Funktion des μ in jeder vorherrschenden Farbe emittierten Lichtstromes und des notwendigen Anteiles dieser vorherrschenden Farbe in der Zusammensetzung des gewünschten additiven Gemisches.
Alle Kombinationen sind auch bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung möglich, nach der die Anordnung ein optisches System enthält das die Lichtstrahlen, die von verschiedenen Quellen der Anordnung herrühren, einander überlagert. So werden z. B. verschiedene Lichtquellen nebeneinander auf einer Grundplatte angeordnet und mit einer Haube abgedeckt, die alle diese Quellen umfaßt.
Bei einer anderen Ausführungsform werden verschiedene in Gruppen angeordnete Lichtquellen in einer Anordnung übereinander angeordnet, wobei jede über eine andere Quelle angebrachte Quelle wenigstens teilweise die von der unter ihr liegenden Quelle emittierte Strahlung durchläßt. So besteht die Anordnung z. B. im wesentlichen aus einem Stapel von Lichtquellen mit planarer Struktur in Reihenschaltung. Die Lichtquellen sind in einer solchen Reihenfolge gestapelt, daß die Wellenlänge der von jeder Lichtquelle emittierten Strahlung nach unten zu immer kleiner wird.
Die verschiedenen elementaren Lichtquellen einer Anordnung können verschiedene Formen und/oder verschiedene wirksame Oberflächen aufweisen. Unter den Lichtquellen derselben Farbe und derselben Struktur, die aus demselben Material hergestellt sind, bildet die wirksame Oberfläche einen Parameter, der es ermöglicht, eine Quelle zu definieren, bei der die Kurve des Lichtstroms als Funktion des Stromes die Kurven der anderen betrachteten Quellen schneidet, wenn die Diagramme übereinander angeordnet werden. In allen Fällen, in denen der Lichtstrom, der von einer Quelle emittiert wird, dem Strom nicht genau proportional ist, entspricht ein Unterschied in der wirksamen Oberfläche einem Unterschied im Lichtstrom, der bei einem gleichen Strom emittiert wird, und also einer Verschiebung der Kurve des Lichtstromes als Funktion der Stärke des Erregungsstroms. Wenn z. B. eine Diode mit einem elektrolumineszierenden Übergang mit einer Oberfläche von 0,1 mm2 aus Galliumphosphid, das eine rote Strahlung emittiert, mit einem Strom von 0,1 A erregt wird, weist eine gleiche Diode mit einer zehnmal größeren Oberfläche, die mit demselben Strom und somit mit einer zehnmal geringeren Stromdichte erregt wird, einen nur zweimal niedrigeren relativen Wirkungsgrad und somit einen Gesamtlichtstrom auf, der fünfmal größer ist.
Eine Verschiebung der Kurven wird dabei nötigenfalls mit Hilfe eines Schwächungsabsorptionsfilters erhalten, mit dem die Quelle, die einen zu hohen Lichtstrom aufweist versehen werden kann.
In dem Falle, in dem die Anordnung einen polychromen elementaren Punkt einer Matrix bilden muß, die eine Vielzahl von Punkten umfaßt damit z. B. ein Bildschirm erhalten werden kann, ist es wünschenswert daß die Helligkeiten der verschiedenen Quellen einer Anordnung vergleichbar sind und daß die Oberflächen der verschiedenen Quellen in derselben Größenordnung liegen und kleiner als das Auflösungsvermögen des Auges des Beobachters sind.
Die Anordnung nach der Erfindung wird vorzugsweise zur Herstellung von Wiedergabemosaiken für verschiedene Farben, insbesondere gemäß ΛΥ-Richtungen, verwendet was nur einen einzigen Leiter pro Reihe und pro Spalte erfordert Wiedergabeschirme können mit Hilfe von Anordnungen nach der Erfindung erhalten werden, die durch Abtastung erregt wenden.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig.2 einen schematischen Schnitt durch eine Anordnung nach der Erfindung mit drei nebeneinander angeordneten elektrolumineszierende Lichtquellen.
Fig.3 einen schematischen Schnitt durch eine Anordnung nach der Erfindung, die zwei übereinander
angeordnete elementare Lichtquellen enthält.
Der schematische Schnitt nach Fig. 2 zeigt die drei elementaren Lichtquellen die nebeneinander auf einer gemeinsamen Grundplatte 4 aus isoliermaterial angebracht sind. Es versteht sich, daß diese drei Quellen möglichst nahe beieinander liegen, wobei die notwendige Isolierung und die praktischen Herstellungsmöglichkeiten berücksichtigt werden. Die erste Quelle I ist eine planare elektrolumineszierende Diode, die auf einem Substrat 5 dadurch gebildet wird, daß epitaktisch eine Schicht 6 und dann eine Schicht 7 vom entgegengesetzten Leitungstvp niedergeschlagen werden; der so gebildete pn-übergang emittiert eine Strahlung mit einer Wellenlänge Αλ, wenn darin ein Strom über Metallkontakte 8 und 9, auf denen Anschlußleiter 10 und
11 festgelötet sind, injiziert wird.
Die zweite Quelle II ist ebenfalls eine planare elektrolumineszierende Diode, die auf einem Substrat
12 dadurch gebildet wird, daß epitaktisch eine Schicht 13 niedergeschlagen wird, in die eine Schicht 14 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eindiffundiert wird; der so gebildete pn-übergang emittiert eine Strahlung mit einer Wellenlänge A5, die von A4 wesentlich verschieden ist, wenn ein Strom über die Metallkontakte 15 und 16, auf denen Anschlußleiter 11 und 17 festgelötet sind, injiziert wird.
Die dritte Quelle HI ist eine elektrolumineszierende Diode, die einen pn-Obergang zwischen iiwei Gebieten 18 und 19 enthält, der eine Infrarotstrahlung emittiert, wenn ein Strom über die Metallkontakte 20 und 21, auf denen die Anschlußleiter 23 und 17 festgelötet sind, injiziert wird. Diese Diode ist von einei Umhüllung 22 aus transparentem Kunststoff umgeben, in den ein photolumineszierendes Material eingebettet ist, das eine sichtbare Strahlung mit einer Weilenlänge Ae, die wesentlich von A4 und A5 verschieden ist, durch Absorption von Infrarotstrahlung emittiert, die von der Diode 18—19 emittiert wird.
Die Verbindungen 11 und 17 zwischen den Dioden sind derart, daß die drei beschriebenen elementaren Lichtquellen in Reihe angeordnet sind und alle drei in der Durchlaßrichtung betrieben werden, wenn der Leiter 10 mit der negativen Klemme einer Speisequelle und der Leiter 23 mit der positiven Klemme dieser Quelle verbunden wird.
Der von dieser Speisequelie gelieferte Strom ist einstellbar.
Die Quelle I emittiert z. B. eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 0,69 μια und weist einen Lichtstrom auf, der sich mit der Stärke des injizierten Stromes gemäß der Kurve 1 des Diagramms nach F i g. 1 ändert Die Quelle II emittiert eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 0,58 μιη und ihr Lichtstrom ändert sich mit der Stärke des injizierten Stromes nach Kurve 2 des in F i g. 1 gezeigten Diagramms. Die Quelle III emittiert eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 0,47 μιη und ihr Lichtstrom ändert sich mit der Stärke des injizierten Stromes nach der Kurve 3 des Diagramms in Fig. 1. Wenn durch die Leiter 10 und 23 ein Strom mit einer Stärke ΙΛ über die drei Quellen der Anordnung geschickt wird, ist der von der Quelle I emittierte Lichtstrom wesentlich größer als die von den Quellen II und IH emittierten Lichtströme und die Anordnung gibt die rote Farbe wieder. Für einen Strom mit einer Stärke h ist die gelbe Farbe der Quelle II vorherrschend, wobei die von den Quellen I und III emittierten Ströme wesentlich kleiner sind. Bei einem Strom mit einer Stärke Ic ist die grüne Farbe der Quelle III vorherrschend.
Um den Helligkeitseindruck der Anordnung nach F i g. 2 auf das Auge eines Beobachters von verschieden hohen Strömen U, h oder Ic unabhängig zu machen erfolgt die Speisung der Anordnung mit Hilfe von Impulsen, die sich mit einer die Flimmerfrequenz überschreitenden Frequenz wiederholen, wobei die Dauer der Impulse mit zunehmendem Lichtstrom abnimmt.
Der schematische Schnitt nach Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit zwei übereinander angeordneten Lichtquellen. Die erste Quelle besteht aus einer Diode mit pn-Übergang 42, die ein p-leitendes Gebiet 31 und ein η-leitendes Gebiet 32 enthält, aus Metallschichten 33 und 34, wobei die Schicht 33 ein transparentes Gitter bildet, sowie aus einem Anschlußleiter 35. Diese erste Lichtquelle ist auf einer zweiten Lichtquelle festgelötet, die aus einer Diode mit einem pn-Übergang 38 besteht, die ein p-Ieitendes Gebiet 36 und ein η-leitendes Gebiet
37 enthält, wobei der Übergang 38 eine Infrarotstrahlung emittiert, die über eine Haube 39 aus photolumineszierendem Material in sichtbare Strahlung umgewandelt wird. Diese zweite Lichtquelle ist auf einem Träger 40 befestigt, der mit einem leitenden Material 41 überzogen ist. Die Schicht 41 ist mit einer positiven Klemme einer Stromspeisequelle verbunden, während der Verbindungsleiter 35 an die negative Klemme dieser Quelle angeschlossen ist. Der Übergang 42 emittiert z. B. eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 0,97 μΐη und das Leuchtmaterial 39 emittiert eine Strahlung mit einer Wellenlänge von z. B. 0,47 μπι. Wenn der von der Speisequelie gelieferte Strom eine Stärke /4 hat, ist der von der Haube 39 emittierte Lichtstrom vernachlässigbar, während der von dem Übergang 42 emittierte Lichtstrom nur über die Haube 39 sichtbar ist, die für die emittierte Strahlung durchlässig ist Die Lichtausbeute der Haube 39 nimmt mit dem Quadrat der Stärke des von dem Übergang 38 emittierten Lichtstrom zu. Die Lichtausbeute des Übergangs 42 nimmt mit der Stärke des darin injizierten Stroms wegen einer Sättigungserscheinung der Strahlungsrekombinationszentren ab. Bei einem Strom mit einer Stärke /s, die höher als U ist, ist der von der Haube 39 emittierte Lichtstrom vorherrschend. Zwischen den beiden Werten U und h kann jedes gewünschte Verhältnis der Lichtströme der beiden Lichtquellen erhalten werden, während weiter in jedem gewünschten Verhältnis außer dem von jeder dieser Quellen emittierten Farben die sich aus der Mischung dieser beiden Farben ergebenden Farben
so erhalten werden.
Ein Beispiel zur Herstellung einer Anordnung nach Fig.2, deren Lichtquellen Lichtströme gemäß den Kurven nach F i g. 1 aufweisen, wird nachstehend beschrieben.
Die erste Quelle besteht aus einer Diode aus mit Zink und Sauerstoff dotiertem Galliumphosphid, die durch Flüssigkeitsepitaxie unter Verwendung der üblichen Techniken erhalten ist Die emittierende Oberfläche dieser Diode beträgt z. B. 0,1 mm2. Der emittierte
Lichtstrom bei 0,69 um beträgt dann 9 Millilumen bei
einem Strom von 20 mA, 15 Millilumen bei einem Strom von 100 mA und 20 Millilumen bei einem Strom von 700 mA.
Die zweite Lichtquelle besteht aus einer Diode aus
Galliumarsenidphosphid (GaAsi _ ,PÄ wobei χ zwischen 030 und 035 liegt), die durch Epitaxie unter Verwendung der üblichen Techniken erhalten und mit Stickstoff dotiert ist Die emittierende Oberfläche dieser
Diode ist fünf- bis zwinzigmal größer als die der ersten Lichtquelle und beträgt vorzugsweise I mm2.
Der emittierte Lichtstrom bei 0,58 μπι beträgt dann 2 Millilumen bei einem Strom von 20 mA, 30 Millilumen bei einem Strom von 10OmA und 120 Millilumen bei einem Strom von 700 mA.
Die dritte Lichtquelle besteht aus einer Diode aus mit Silicium dotiertem Galliumarsenid, die eine Strahlung von 0,97 μηι emittiert und mit einem Epoxydharz überzogen ist, in das Körner aus Natrium-Yttriumfluorid (NaYF.»), das mit Ytterbium und Erbium dotiert ist, eingebettet sind. Die emittierende Oberfläche dieser Quelle ist zwei- bis zehnmal größer als die der ersten Quelle und vorzugsweise gleich 0,5 mm2. Der bei 0,54 μιη emittierte Lichtstrom beträgt dann 0,1 Millilumen bei einem Strom von 2OmA1 10 Millilumen bei 100 mA und 800 MÜlilumen bei 700 mA.
Zur Wiedergabe der roten Farbe wird ein Strom von 20 mA kontinuierlicn in die Anordnung injiziert. Der Lichtstrom der ersten Quelle ist vorherrschend.
Zur Wiedergabe der gelben Farbe wird ein Strom von 100 mA in die Anordnung durch Impulse von 0,3 msec Dauer mit einer Frequenz von 1000 Hz injiziert. Der Lichtstrom der zweiten Quelle ist vorherrschend und, wenn die von den drei Quellen herrührenden Lichtstrahlen für das Auge des Beobachters gemischt werden können, fügen sich zu diesem Lichtstrom gegebenenfalls die Lichtströme der ersten und der dritten Quelle, deren Mischung einen gelben Eindruck gibt.
Zur Wiedergabe der grünen Farbe wird ein Strom von 700 mA in die Anordnung injiziert. Der Lichtstrom der dritten Quelle ist vorherrschend. Der Strom wird durch Impulse von 0,01 msec mit einer Frequenz von 1000 Hz injiziert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (24)

Patentansprüche:
1. Elektrolumineszierende Anordnung, die durch mehrere elektrisch miteinander verbundene, monochrom elektrolumineszierende Lichtquellen gebil- det wird, die gleichzeitig erregt werden und von denen mindestens zwei Strahlung verschiedener Wellenlänge emittieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (I, II, III) in Serie geschaltet sind und daß ihre Lichtstrom-Injektionsstrom-Kennlinien (1, 2, 3) so voneinander abweichen, daß sich bei verschiedenen Injektionsströmen eine unterschiedliche Zusammensetzung des Gesamtlichtstromes aus den betreffenden Lichtströmen der einzelnen Lichtquellen und damit eine unterschiedliche Farbwirkung der von der Anordnung emittierte Strahlung ergibt
2. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens eine Lichtquelle einer ersten Farbe, deren 2ß> Lichtstrom auf einen mindestens für einen Bereich des injizierten Stromes nahezu konstanten Wert beschränkt ist, und mindestens eine Lichtquelle einer anderen Farbe enthält, deren Lichtstrom sich in demselben Bereich des injizierten Stromes ändert
3. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens eine Lichtquelle einer ersten Farbe, deren Lichtstrom mindestens für einen Bereich des injizierten Stromes diesem Strom nahezu proportional ist, und mindestens eine Quelle einer anderen Farbe enthält, deren Lichtstrom für denselben Bereich gemäß einem anderen Gesetz verläuft.
4. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese min- destens eine Lichtquelle einer ersten Farbe, deren Lichtstrom mindestens für einen Bereich des injizierten Stromes einer Potenz η des Stromes nahezu proportional ist, wobei η > 1 ist, und mindestens eine Quelle einer anderen Farbe enthält, deren Lichtstrom für denselben Bereich gemäß einem anderen Gesetz verläuft.
5. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens zwei Lichtquellen verschiedener Farbe enthält, von denen eine aus einem Halbleitermaterial mit einer hohen Dotierungskonzentration und die andere aus einem Halbleitermaterial mit einer niedrigeren Dotierungskonzentration mit einer kleineren verbotenen Bandbreite und einem niedri- so geren Wirkungsgrad bei einem höheren Stromstärkepegel hergestellt ist.
6. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Lichtquelle einer ersten Farbe emittierte Lichtstrom mindestens bei einem Wert des injizierten Stromes größer als das Zehnfache des Lichtstromes ist, der von Lichtquellen emittiert wird, die eine Strahlung einer anderen Farbe liefern.
7. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen nahe nebeneinander angeordnet sind.
8. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen übereinander angeordnet sind, derart, daß die Wellenlänge der jeweils von ihnen emittierten Strahlung nach unten zu abnimmt, wobei jede Quelle wenigstens teilweise für die Strahlung durchlässig ist, die von der Quelle emittiert wird, auf der sie angeordnet ist
9. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch/, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein optisches System zur Überlagerung von Lichtstrahlen enthält, die von den verschiedenen Lichtquellen emittiert werden.
10. Elektrolumineszierende Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Quellen mit einer Haube abgedeckt sind.
11. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens eine Diode mit pn-Obergang, die aus einem in dem sichtbaren Spektrum emittierenden Material hergestellt ist und mindestens eine Diode mii pn-Übergang enthält die aus Galliumarsenid hergestellt ist das eine Infrarotstrahlung emittiert, wobei diese Diode mit einem mehrstufigen photolumineszierenden Material überzogen ist das im sichtbaren Spektrum emittiert
12. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß sie mindestens eine Diode, die eine voiwiegend rote Strahlung bei einem ersten Wert des injizierten Stromes emittiert, mindestens eine Diode, die eine vorwiegend gelbe Strahlung bei einem zweiten Wert des injizierten Stromes emittiert und mindestens eine Lichtquelle enthält, die eine Strahlung mit einer vorherrschenden grünen Farbe bei einem dritten Wert des injizierten Stromes emittiert
13. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß sie mindestens eine Diode, die eine vorwiegend rote Strahlung bei einem ersten Wert des injizierten Stromes emittiert, mindestens eine Lichtquelle, die eine vorwiegend gelbe Strahlung bei einem zweiten Wert der Stromstärke des injizierten Stromes emittiert, und mindestens eine Lichtquelle enthält, die eine vorwiegend blaue Strahlung bei einem dritten Wert des injizierten Stromes emittiert.
14. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens eine elektrolumineszierende Diode mit pn-Übergang aus mit Zink und Sauerstoff dotiertem Galliumphosphid, die eine rote Strahlung emittiert und im Sättigunßsbereich betrieben wird, und mindestens eine Lichtquelle enthält, die eine Strahlung einer anderen Farbe emittiert und deren Lichtstrom sich mit der Stärke des injizierten Stromes ändert.
15. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine elektrolumineszierende Diode mit einem pn-Übergang aus einem Halbleitermaterial mit direkter Bandstruktur, das aus der durch Galliumarsenidphosphid, Galliumaluminiumarsenid, Galliumindiumphosphid, Indiumaluminiumphosphid und Galliumnitrid gebildeten Gruppe gewählt ist, und mindestens eine Lichtquelle enthält die eine Strahlung einer anderen Farbe emittiert und deren Lichtstrom sich mit dem injizierten Strom nach einem anderen Gesetz ändert, als der Lichtstrom der elektrolumineszierenden Diode in dem gleichen Strombereich.
16. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeich-
net, daß sie mindestens eine elektrolumineszierende Diode mit einem pn-Obergang aus mit Stickstoff dotiertem Galliumphosphid, die eine grüne Strahlung emittiert, und mindestens eine Lichtquelle enthält, die eine Strahlung einer anderen Farbe emittiert und deren Lichtstrom sich mit dem Strom nach einem anderen Gesetz ändert, als der Lichtstrom der elektrolumineszierenden Diode in dem gleichen Strombereich.
17. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine elektrolumineszierende Diode mit einem pn-übergang aus mit Silicium dotiertem Galliumarsenid enthält, die eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 0,97 μΐη is emittiert und mit einem Epoxydharz überzogen ist, in das Körner aus Natrium-Yttriumfluorid (NaYF^, das mit Ytterbium und Erbium dotiert ist, eingebettet sind, und mindestens eine elektrolumineszierende Diode mit einem pn-übergang enthält, die eine sichtbare Strahlung einer anderen Farbe emittiert
18. Elektrolumineszierende Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine elektrolumineszierende Diode mit einem pn-übergang aus Indium- oder Galliumphosphid mit einer Dotierungskonzentration höher als 1016/cm3, die eine gelbe Strahlung emittiert, und mindestens eine elektrolumineszierende Diode mit einem pn-übergang aus Galliumarsenidphosphid mit einer Dotie- rungskonzentration höher als lO'Vcm3 enthält, die eine rote Strahlung emittiert.
19. Elektrolumineszierende Anordnung nach den Ansprüchen 12,14 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie nebeneinander eine elektrolumineszierende Diode aus mit Zink und Sauerstoff dotiertem Galliumphosphid, eine elektrolumineszierende Diode aus Galliumarsenidphosphid (GaAs, _ XPX, wobei χ zwischen 030 und 0,85 liegt), das mit Stickstoff dotiert ist, wobei die emittierende Oberfläche dieser Diode fünf- bis zwanzigmal größer als die der Diode aus Galliumphosphid ist, und eine elektrolumineszierende Diode aus mit Silicium dotiertem Galliumarsenid enthält, das mit einem Epoxydharz überzogen ist, in das Körner aus Natrium-Yttriumfluorid, das mit Ytterbium und Erbium dotiert ist, eingebettet sind, wobei die emittierende Oberfläche der letztgenannten Diode zwei- bis zehnmal größer als die der Diode aus Galliumphosphid ist.
20. Verfahren zum Betrieb einer elektrolumineszierenden Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen mit Stromimpulsen verschiedener Stärke und einstellbarer Dauer gespeist werden, wobei die Dauer für jede Stärke dem emittierten Licntstrom umgekehrt proportional ist
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulse eine die Flimmerfrequenz überschreitende Frequenz lind ein Tastverhältnis aifweisen, das mit zunehmendem Lichtstrom abnimmt
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Farbe, die sich aus der additiven Mischung anderer Farben ergibt, dadurch wiedergegeben wird, daß in die Anordnung ein Strom injiziert wird, dessen Stärke einen Wert aufweist, der zwischen den Werten der Stromstärken lieigt, für die diese anderen Farben vorherr schend sind.
23. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Farbe, die sich aus der additiven Mischung anderer Farben ergibt dadurch wiedergegeben wird, daß der Anordnung Impulse verschiedener Stärke zugeführt werden, die je eine bestimmte Farbe vorherrschend machen, daß diese Impulse in einer Zeitdauer aufeinander folgen, die kürzer ist als die Dauer des »Nacheilens« der Lichteindrücke, und daß die relative Dauer dieser verschiedenen Impulse eine Funktion des emittierten Lichtstroms in jeder vorherrschenden Farbe und der Zusammensetzung des gewünschten, additiven Gemisches ist
24. Verfahren nach Anspruch 21 zum Betrieb einer eiektrolumineszierenden Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet daß die Diode aus Galliumphosphid eine emittierende Oberfläche von 0,1 mm2, die Diode aus Galliumarsenidphosphid eine emittierende Oberfläche von 1 mm2 und die Diode, die mit einem photolumineszierenden Material überzogen ist eine emittierende Oberfläche von 0,5 mm2 aufweist und daß zur Wiedergabe einer roten Farbe ein Strom von 20 mA kontinuierlich, zur Wiedergabe einer gelben Farbe ein Strom von 100mA durch Impulse von 03 msec mit einer Frequenz von 1000 Hz und zur Wiedergabe einer grünen Farbe ein Strom von 700 mA durch Impulse von 0,1msec mit einer Frequenz von 1000 Hz injiziert wird.
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