DE1566809B2

DE1566809B2 - Schaltungsanordnung zum Ansteuern einzelner spannungsempfindlicher, lichtemittierender Dioden

Info

Publication number: DE1566809B2
Application number: DE1566809A
Authority: DE
Inventors: Robert John Endicott N.Y. Lynch (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-10-31
Filing date: 1967-07-19
Publication date: 1978-06-29
Also published as: DE1566809C3; DE1566809A1; US3517258A; FR1531788A; GB1177113A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern einzelner spannungsempfindlicher, lichtemittierender Dioden aus einer Reihe von mehreren lichtemittierenden Dioden mit Hilfe einer von einer Spannungsquelle erzeugten variablen Ansteuerspannung.

Aus der USA-Patentschrift 31 54 720 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der eine lichtelektrische Schicht zwischen Leiterplatten angeordnet ist, die bereichsweise mit unterschiedlichem Abstand zueinander angeordnet sind, so daß bereichsweise unterschiedliche Ansteuerspannungen erforderlich sind, um die Lumineszenz in dem fraglichen Bereich auszulösen. Werden Lumineszenzzellen gleicher Bauart verwendet, ist für jede Zelle eine auf einen bestimmten Spannungswert eingestellte Spannungsquelle erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln ausgewählte Dioden aus einer möglichst großen Anzahl von Dioden aktivierbar sind.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannungsteiler je eine angelegte Teilerspannung teilend vorgesehen sind und daß je ein Abgriffszweig für jede Diode vorgesehen ist, von welchen Abgriffszweigen jeder für sich zwischen einen Spannungsabgriff des ersten Spannungsteilers und einen Spannungsabgriff des zweiten Spannungsteilers geschaltet ist, und zwar von Abgriffszweig zu Abgriffszweig fortschreitend am ersten Spannungsteiler an Abgriffen zunehmender Teilerspannung und am zweiten Spannungsteiler an Abgriffen abnehmender Teilerspannung, daß durch die Signalquelle das Vorspannungspotential des ersten Spannungsteilers und des zweiten Spannungsteilers gegenüber Massenpotential verstellbar ist, daß die Abgriffszweige je einen Knotenpunkt aufweisen, an den, bezogen auf Massenpotential, die jeweils niedrigere der beiden von dem betreffenden Abgriffszweig an den beiden Spannungsteilern abgegriffenen Spannungen gelangt, und daß die Anoden der kathodenseitig über eine einstellbare Spannungsquelle an Massenpotential angeschlossenen lichtemittierenden Dioden mit den Knotenpunkten verbunden sind. Durch die Spannungsteiler ist diese Schaltungsanordnung aufwandarm.
Die Aktivierung der einzelnen Leuchtelemente erfolgt aufgrund der Spannungen an den Knotenpunkten und diese Spannung wird wieder bestimmt durch diejenigen Spannungen, die an den Spannungsteilern abgegriffen werden. Verstellt man die Spannung über den Spannungsteilern, dann ändern sich die diesbetreffenden Verhältnisse und es werden andere Leuchtelemente aktiviert. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, verstellbare Spannungsquellen für die Spannungsteiler vorzusehen, so daß von daher die gewünschte

Verstellung erzielbar ist.

Eine besonders einfache Auswahlmöglichkeit ergibt sich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die jeden Spannungsteiler speisenden Spannungsquellen gegenpolig zueinander, bezogen auf die Abzweige geschaltet sind. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich ein dachförmiger Spannungsverlauf, wenn man die Spannungen an den Ausgangsanschlüssen nebeneinander aufzeichnet. Der Giebelpunkt und die Spitze dieses Spannungsverlaufes kennzeichnet denjenigen Abzweig und diejenige Gruppe von Abzweigen, die die zugehörigen Leuchtelemente aktivieren. Die Spitze kann nach links und rechts verschoben werden durch entsprechende Verschiebung der Potentiale der Spannungsteiler zueinander über eine Spannungsquelle, die zwischen den Spannungsteilern geschaltet ist.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltung für eine eindimensionale Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. la die Schaltung einer Signalquelle aus Fig. 1 im Detail,

Fig.2A bis 2K diverse Spannungsdiagramme zur Erläuterung der durch die erfinderische Schaltung gegebenen Umschaltmöglichkeiten,

Fig.3 ein Leuchtelement aus Fig. 1 von der Seite gesehen,

Fig.4 die Draufsicht auf das Leuchtelement aus Fig.3,

Fig.5 ein Vielfachleuchtelement, wie es in Verbindung mit der Schaltung nach F i g. 1 beispielsweise verwendbar ist,

F i g. 6 eine matrizenartige Anordnung von Leuchtelementen, ähnlich dem in F i g. 5 dargestellten, und

Fig.7 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels in zweidimensionaler Anordnung.

Eindimensionale Anordnung

In Fig. 1 ist mit 20 ein sogenannter Dreiecksgenerator und mit 22 eine Wiedergabeanordnung von lichtemittierenden Dioden bezeichnet. Der Generator 20 erzeugt ein Spannungsspitzensignal bzw. ein Signal, das die Form eines Dachgiebels hat und das elektronisch in die Wiedergabeanordnung 22 übertragen wird. Mit 24 ist eine; Signalquelle des Generators 20 bezeichnet, die auf den.Leitungen 26 und 28 komplementäre Signale, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird, erzeugt. Der Generator weist im übrigen Transistoren 30 bis 34 auf, deren Emitterelektroden an Dioden 40 bis 44 angeschlossen sind. Mit 50 ist eine verstellbare Batterie bezeichnet, die an den Knotenpunkten 50Λ und 56Λ an die Kette der Widerstände 51 bis 56 gelegt ist, welch letztere als Spannungsteiler dienen. Am Spannungsteiler ist für die Kollektorelektroden der Transistoren 30 bis 34 in jeweils symmetrischer Weise abgegriffen. Eine zweite, einstellbare Batterie 60 liegt an den Knotenpunkten 60S und 66 ß und damit an den Enden einer Widerstandskette aus den Widerständen 61 bis 66, die ebenfalls als Spannungsteiler arbeiten und an denen die Dioden 40 bis 44 angeschlossen sind. Die Basiselektroden der Transistoren 30 bis 34 liegen über zugeordnete Widerstände 70 bis 74 an den Abgriffen 61B bis 65 B. Zwischen den Transistoren 30 bis 34 und den zugehörigen Dioden 40 bis 44 sind Knotenpunkte mit 80 bis 84 bezeichnet, die als Ausgangsanschlüsse für den Generator 20 dienen und an zugeordneten lichtemittierenden Dioden 90 bis 94 liegen. Die Vorspannung der Dioden 90 bis 94 wird für alle Dioden gemeinsam über die einstellbare Spannungsquelle oder Batterie 95 eingestellt.

In F i g. 1A ist die Signalquelle 24 im einzelnen näher dargestellt. Die Signalquelle 24 erzeugt in Verbindung mit den Batterien 50 und 60 verschiedene Signale, über die der Ausgang des Generators 20, wie noch näher weiter unten erläutert wird, verstellt werden kann. Es sind mehrere einstellbare Gleichspannungsgeneratoren vorgesehen, für die in der Zeichnung Batterien % bis 99 gezeichnet sind. Mit einem Pol liegen diese Batterien jeweils an Umschaltpolen I, III von Umschaltern 101, 103. In der Schaltstellung I der Umschalter 101 und 103 liegt der negative Anschluß der Batterie 96 und der positive Anschluß der Batterie 98 an den Leitungen 26 bzw. 28. In der Schaltung III liegt der positive Anschluß der Batterie 97 und der negative Anschluß der Batterie 99 an den Leitungen 26 bzw. 28. An dem Pol II der beiden Umschalter 101, 103 liegen die restlichen Anschlüsse der Batterien 96, 97 einerseits bzw. 98, 99 andererseits. In der Schaltstellung II der Umschalter 101, 103 sind die Batterien abgeschaltet und die Leitungen 26 und 28 liegen unmittelbar an den Schaltarmen des Schalters 105. Zwei Gegenpole des Schalters 105 liegen an Massenpotential 107, während die beiden anderen Gegenpole des Schalters 105 an den Ausgangsanschlüssen 109/1, 109,6 eines verstellbaren Signalgenerators 109 liegen, der an seinen beiden Ausgangsanschlüssen gegenphasig periodische Signale erzeugt. Die Leitungen 26 und 28 liegen an den Knotenpunkten 56A und 60S aus F i g. 1.

In der nachfolgenden Beschreibung wird der zuoberst gezeichnete Spannungsteiler als Spannungsteiler A und der zuunterst gezeichnete als Spannungsteiler B bezeichnet. Die Spannung an den Spannungsteilerabgriffen 61B bis 655 gelangt an die Knotenpunkte 80 bis 84, wenn die Spannung an dem Spannungsteilerabgriff 61B bis 65 ß niedriger ist als die an den zugehörigen Spannungsteilerabgriffen 51Λ bis 55A des anderen Spannungsteilers. Wenn dagegen die Spannung an den Spannungsteilerabgriffen 5t A bis 55A des Spannungsteilers A niedriger ist als die an den zugehörigen Spannungsteilerabgriffen des Spannungsteilers B, gelangt die Spannung von den Spannungsteilerabgriffen 5tA bis 55Λ an die Knotenpunkte 80 bis 84. Die Emitterspannung der Transistoren 30 bis 34 ist also immer die niedrigere der beiden Spannungen, die in der entsprechenden Stufe von den beiden Spannungsteilern A und B abgegriffen wird. Bei einer Betriebsart ist das Potential der Batterie 95 so gewählt, daß sämtliche lichtemittierenden Dioden, bis auf eine, jeweils negativ vorgespannt sind. Die eine positiv vorgespannte Diode zieht Strom und leuchtet.

Für die weitere Funktionserläuterung soll angenommen werden, daß die Schalter 101 und 103 aus Fig. IA sich in Schaltstellung II befinden und daß der Schalter 105 nach oben geschlossen ist, so daß die Knotenpunkte 56/4 und 60S an Massenpotential 107 liegen. F i g. 2A zeigt den Spannungsverlauf über die Widerstände 51 bis 56 bzw. 61 bis 66 in Kurven A und B. Die Spannungsniveaus Ei und E2 der Batterien 50 bzw. 60 seien gleich groß gewählt. Unter diesen Umständen fällt die Spannung über die sechs Widerstände 51 bis 56 von Ei auf 0 oder Massenpotential ab und, da alle Widerstände gleichen Widerstandswert haben, von Widerstand zu Widerstand in Spannungsschritten von '/β Ei entsprechend der Kurve A aus Fig. 2A. Die Spannung über die sechs Widerstände 61 bis 66 steigt

entsprechend von 0 bis El in Spannungsschritten von '/6 El entsprechend der Kurve ßaus Fig.2A an. Wie bereits bemerkt, ist das Potential an den Knotenpunkten 80 bis 84 jeweils das niedrigere Potential an den beiden zugehörigen Abgriffen. An dem Abgriff 5 XA hat das Potential gemäß Kurve A den Wert Ve Ei und am Abgriff B hat es den Wert '/β El. Da El genau so groß ist wie £Ί, liegt hier an dem Knotenpunkt 80 das Potential >/6 El. Das Potential am Abgriff 55Λ beträgt >/e EX und das Potential am Abgriff 65Bbeträgt Ve El, und demzufolge liegt am Knotenpunkt 84 das Potential Ve E1. An dem Abgriff 53A und 63S ist das Potential jeweils ^xli Ei und demzufolge ist es auch am Knotenpunkt 82 1/2 Ei. Die Kurve Caus Fig.2B zeigt den Spannungsverlauf an den Knotenpunkten 80 bis 84, der die Form eines Dreiecks hat. Dieser Spannungsverlauf existiert tatsächlich nur an den Knotenpunkten 80 bis 84, also stufenweise. Die Spitzenspannung '/2 Ei liegt an dem Knotenpunkt 82. Wenn man die Spannung in der Batterie 95 entsprechend der Niveaulinie D verstellt, kann man eine oder mehrere lichtemittieVende Dioden einschalten. Gemäß dem ausgezogenen Spannungsverlauf C in Fig.2B und dem eingezeichneten Spannungsniveau D der Batterie 95 ist nach F i g. 2B die lichtemittierende Diode 92 als einzige eingeschaltet.

Man kann die Spitze des Spannungsdreiecks nach links oder nach rechts verschieben. Dies kann geschehen durch Verstellen der Batterie 50 oder der Batterie 60 oder beider Batterien. Wenn man zum Beispiel das Spannungsniveau El der Batterie 50 auf den Wert Ei' anhebt, ergibt sich ein Spannungsverlauf entsprechend der Kurve A' aus F i g. 2A, die die Kurve B in Punkten entsprechend den Abgriffen 54Λ und 54ß schneidet. Es ergibt sich mithin ein dreieckförmiger Ausgangsspannungsverlauf gemäß C" aus F i g. 2B mit der Spitze am Knotenpunkt 83. Die Spannungsspitze "der Spannungskurve C ist höher als die der Spannungskurve C Unter diesen Umständen sind zwei Dioden 92 und 93 bei einem Spannungsniveau D der Batterie 95 eingeschaltet. Wenn nur eine Diode 93 eingeschaltet sein soll, dann kann man zu diesem Zweck das Spannungsniveau der Batterie 95 auf einen höheren Wert, nämlich den Wert D' anheben, so daß die Diode

92 rückwärts vorgespannt ist, während nur noch die Diode 93 vorwärts vorgespannt bleibt. Aus den F i g. 2A und 2B ergibt sich, daß man die Spitze der dreiecksförmigen Ausgangsspannung auch durch Absenken der Batteriespannung der Batterie 60 auf den Knotenpunkt 83 schieben kann. Die Kurve A' aus F i g. 2A wird dann im Bereich der Abgriffe 54,4 und 64B geschnitten und wenn man die Spannung der Batterie 95 entsprechend einstellt, wird die lichtemittierende Diode

93 eingeschaltet oder eine oder mehrere der an beiden Seiten benachbart angeordneten Dioden zusätzlich. Man kann natürlich die gleichen Ergebnisse erzielen, indem man sowohl die Spannung der Batterie 50 als auch die der Batterie 60 verstellt, so daß die Spannungsverläufe sich an den Abgriffen 54Λ und 646 kreuzen, so daß die Spitze der dreiecksförmigen Ausgangsspannung am Knotenpunkt 83 liegt. Wenn man das Spitzenniveau der dreiecksförmigen Ausgangsspannung konstant halten will, während man es verschiebt, kann dies dadurch geschehen, daß man die Spannungsniveaus der Batterien 50 und 60 immer so gegeneinander verstellt, daß sich die daraus resultierenden Spannungsverläufe auf dem gewünschten Amplitudenniveau schneiden. Man kann die Spannungsspitze der dreiecksförmigen Ausgangsspannung natürlich auch nach links verschieben, indem man eine der Batterien 50 und 60 oder beide verstellt. Die Batterien 50, 60 und/oder 95 können von Hand oder automatisch verstellt werden, und zwar aufeinanderfolgend oder gleichzeitig, und diese Verstellung kann auch zyklisch erfolgen.

Eine andere Möglichkeit, die Dreiecksspitze zu verschieben, besteht darin, das Potential an dem Knotenpunkt 56/4 bzw. 60ß mit Hilfe der Signalquelle 24 zu verstellen. Wenn man die Spitze der Dreieckskurve Cgemäß F i g. 2B nach links verschieben will, nämlich vom Knotenpunkt 82 auf den Knotenpunkt 81, kann dies geschehen durch Umschalten der Schalter 101 und 103 in die Schaltstellung I. Es sei zu diesem Zweck angenommen, die Spannungen der Batterien % und 98 haben das gleiche Niveau, und zwar E3-Ue Ei. Der Spannungsverlauf über den Spannungsteiler A entspricht dann der Kurve AI aus F i g. 2C. Es liegt dann ein negatives Potential — E3 aus der Batterie % am Knotenpunkt 56A Entsprechender Potentialverlauf ergibt sich auch für den Spannungsteiler Bgemäß Kurve Bl aus F i g. 2 E mit einem positiven Potential + E 3 aus der Batterie 98, das am Knotenpunkt 60J3liegt.

Das daraus resultierende Ausgangspotential ist mit Cl in Fi g. 2D eingezeichnet und die Spitze liegt am Knotenpunkt 81. Wenn das Niveau der Batterie 95 auf D liegt, leuchtet die lichtemittierende Diode 91, während die zuvor leuchtende lichtemittierende Diode 92 abgeschaltet ist. Wenn man die Spannung der Batterien 96 und 98 auf das Doppelte von £"3 anhebt, bewegt sich die Dreiecksspitze bis zum Knotenpunkt 80 und die lichtemittierende Diode 90 leuchtet, während die lichtemittierende Diode 91 abgeschaltet wird. Schaltet man die Schalter 101 und 103 in Position III um, dann verschiebt sich die Dreiecksspitze nach rechts und nach Maßgabe des Spannungsniveaus D der Batterie 95 ist eine oder sind mehrere lichtemittierende Dioden erleuchtet. Auch die Einstellung der Spannungsniveaus der Batterien 96, 99 und/oder 95 kann manuell oder auch automatisch erfolgen und sie kann auch automatisch zyklisch erfolgen.

Es gibt noch eine andere Möglichkeit, den Generator 20 umzuschalten. In diesem Fall werden die Umschalter 101 und 103 in Schaltposition II geschaltet und der Schalter 105 wird in seine untere Schaltstellung umgeschaltet, in der die beiden Ausgangsanschlüsse 109Λ und 1095 des Signalgenerators 109 an die Knotenpunkte 56/4 und 605 schalten. Der Signalgenerator 109 erzeugt periodische Signale an den Ausgangsan-Schlüssen 109/4 und 1095, die einander entgegengesetzte Phasenlage haben.

F i g. 2E zeigt einen Zyklus einer dreieckigen Signalspannung A 3, wie sie beispielsweise am Ausgangsanschluß 109/4 auftritt, während die strichpunktiert gezeichnete Dreiecksspannung B 3 um 180° phasenverschoben dazu liegt und am Anschluß 1095 auftritt. In den F i g. 2F und 2G sind die daraus resultierenden, an den Abgriffen 50/4 bis 56Λ bzw. 60/4 bis 66Λ zu den Zeiten i0 bis f 9 auftretenden Spannungen aufgetragen.

Im Verlauf der Zeiten ί 0 bis f 3 steigt die Spannung aus der Signalspannung B3 entsprechend dem in Fig.2F eingetragenen Pfeil an, während die Spannungen entsprechend der Signalspannung Λ 3 in dem gleichen Zeitraum — wie durch einen Pfeil angedeutet — absinken. Für die Zeiten i3 bis f9 ergibt sich gemäß F i g. 2G der umgekehrte Verlauf, wie er dort ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist. Die Spitze der dreieckförmigen Ausgangsspannung, die aus den Signalen A 3 und

B 3 abgeleitet ist, nimmt mithin zu den Zeiten iO bis i9 verschiedene Werte an. Zunächst bewegt sie sich von rechts nach links über die Knotenpunkte 83, 82, 81, 80, und zwar während der Zeiten tO bis i3 (vergleiche Fig.2H) und anschließend bewegt sie sich von links nach rechts über die Knotenpunkte 80 bis 86 während der Zeiten f 3 bis f9 (vergleiche Fig. 21). Während der Zeiten i9 bis f 12, für die eine entsprechende Zeittafel nicht dargestellt ist, bewegt sich die Spitze wieder von rechts nach links zurück über die Knotenpunkte 86,85, 84 bis am Schluß bei 1 12 die Spitze wieder am Knotenpunkt 83 liegt, wo von dieser Betrachtung ausgegangen wurde. Die lichtemittierenden Dioden werden also in folgender Reihenfolge während einer vollen Periode f 0 bis f 12 der Signalspannungen A3, B 3 zum Leuchten gebracht: 92,91,90,91,92,93,94,93,92. Wenn man die Amplitude der Signalspannungen A 3, B 3 limitiert, dann werden nur bestimmte Dioden auf beiden Seiten von der Diode 92 erfaßt. Wenn man die Zeitperiode t der Signalspannungen A 3, B 3 auf die Reaktionsfähigkeit des menschlichen Auges abstimmt, dann erkennt das menschliche Auge das Umschalten der Diode nicht mehr und die von der Einschaltung betroffenen lichtemittierenden Dioden erscheinen als leuchtende Linie. Die Ausgangssignale des Generators 109 können natürlich auch noch eine andere Form haben, zum Beispiel Sinusform, Sägezahnform oder dergleichen.

Das Hin- und Herschwingen der jeweils zum Leuchten gebrachten lichtemittierenden Dioden beginnt gemäß der zuvor angegebenen Beschreibung immer mit der in der Mitte gelegenen Diode 92. Die geometrische Anordnung der Dioden 90 bis 94 kann, statt wie in der Zeichnung linear angegeben, auch in anderer geometrischer Form erfolgen, zum Beispiel in Form von alphabetischen Buchstaben, Ziffern oder in anderen Konfigurationen. Die Dioden 90 bis 94 können in Form eines vertikalen Pfeiles nach Art eines Anzeigers für Instrumente angeordnet sein, wobei die einzelnen Dioden in der Reihenfolge 93, 91, 90, 93, 94 angeordnet sein können, so daß die schwingende Leuchtbewegung immer am Fuße des Pfeiles, der durch die Diode 92 gebildet ist, beginnt.

Bei der Anordnung nach F i g. 1 kann man durch entsprechende Vorspannung der Spannungsteiler A und B auch einen Betrieb hervorrufen, bei dem die Beleuchtung an einer anderen als der in der Mitte gelegenen Diode 92 beginnt. Zur Erläuterung dessen sei zunächst angenommen, daß die Umschalter 101 und 103 in ihre Schaltstellung I geschaltet sind und daß die Batterien % und 98 auf die Spannungsniveaus — V2 Ei und + V2 E1 eingestellt sind. Es sei weiterhin angenommen, daß der Schalter 105 in seiner unteren Schaltstellung geschaltet ist und daß der Signalgenerator 109 komplementäre Sägezahnsignale erzeugt. Das Signal am Anschluß 109Λ steige von 0 auf +Ei und das am Anschluß 109B falle von +Ei auf 0 ab, und zwar während einer Zeitperiode Tr. Unter diesen Bedingungen ergibt sich der mit A 4 und B 4 bezeichnete, in F i g. 2J eingezeichnete Spannungsverlauf für die beiden Spannungsteiler. Aus diesen Spannungsverläufen ergibt sich bei Batteriespannungen Ei-El für die Batterien 50 und 60 ein Spannungsspitzenverlauf am Ausgang des Generators 20, der, beginnend mit der Zeit f0 am Knotenpunkt 80, von links nach rechts sich über die Knotenpunkte 81,82,83,84, während der Zeitperioden ti bis i6 gemäß Fig.2K verschiebt Am Schluß der Zeitperiode Tr fallen die Signalspannungen A 4 und B 4 wieder auf ihren Ausgangswert zurück und der Zyklus wiederholt sich. Die lichtemittierenden Dioden werden mithin bei jedem Zyklus Tr in folgender Reihenfolge zum Leuchten gebracht: 90, 91, 92, 93, 94. Durch entsprechende Wahl der Zeitperioden Tr und T kann man die Anordnung so betreiben, daß die Diode 92 als kontinuierlich leuchtende erscheint. Wenn man nur eine bestimmte Anzahl von Dioden leuchten lassen will, also zum Beispiel die Dioden 90,91 und 92, dann läßt man die Signale des Generators 109 nur über die Zeitperiode f 0 bis i3 schwingen. Wenn der Generator 109 mithin auf ein analoges oder digitales Signal anspricht, kann dieses digitale oder analoge Signal durch entsprechende Ausleuchtung der Dioden sichtbar gemacht werden

Lichtemittierende Elemente

Eine Ausführungsform einer lichtemittierenden Diode ist in F i g. 3 dargestellt. Die Diode nach F i g. 3 besteht aus einer unteren Montageplatte 100 und einer oberen Montageplatte 102, die beide vorzugsweise aus. Molybdän bestehen und zwischen denen ein Abstandshalter 104 angeordnet ist, der aus Berylliumoxyd bestehen kann. Die lichtemittierende Diode 106 besteht vorzugsweise aus Galliumphosphid und liegt zwischen der oberen und unteren Montageplatte. Die elektrischen Anschlüsse der Diode 106 liegen direkt an den Montageplatten 100 und 102. Diese elektrischen Verbindungen können dadurch hergestellt werden, daß man die Diode in einen Phenolsockel einsetzt und ihn über diesen an den Montageplatten befestigt. Man kann Sockel verschiedener Konfiguration verwenden, um lineare Dioden-Anordnungen oder mosaikartige Diodenanordnungen für alphanumerische Wiedergabe zu erzielen. Eine solche paketierte Anordnung empfiehlt sich, weil dann leichter eine ausgebrannte Diode ausgewechselt werden kann. F i g. 4 zeigt die Anordnung aus F i g. 3 von oben gesehen. Die Anordnung ist verhältnismäßig klein, nämlich ungefähr 1,2 cm lang und • ungefähr 0,075 bis 0,1 mm breit. In einer Wiedergabean-Ordnung entsprechend der Wiedergabeanordnung 22 aus F i g. 1 liegen die Enden der Dioden 106 dicht nebeneinander, so daß sie gleichzeitig in Richtung des in F i g. 3 eingezeichneten Pfeiles betrachtet werden können.

F i g. 5 zeigt eine Konstruktion, bei der eine N-typische Unterlage 120 vorgesehen ist, die mit P-typischen Elementen 121 bis 125 belegt ist, so daß sich N-P-Flächenverbindungen ergeben, bei denen verhältnismäßig wenig Defekte auftreten. Eine Batterie 130 ist an die untere Elektrode 131 angeschlossen. Für die oberen Elemente 121 bis 125 sind jeweils besondere Elektroden 132 bis 136 vorgesehen. Licht wird an der N-P-Verbindung hervorgerufen und kann in die benachbarten Verbindungen hineinstrahlen. Um dies zu vermeiden, sind die Elemente 141 bis 144 aus undurchsichtigem Material zwischen den Dioden-Elementen 121 bis 125 eingesetzt. Die individuellen N-P-Flächenverbindungen der Elemente 121 bis 125 können selektiv erregt werden, ohne daß das Licht in horizontaler Richtung an die anderen Verbindungen gelangen kann. Nach Art des Aufbaues, wie aus F i g. 5 ersichtlich, kann man auch eine matrizenartige Anordnung erstellen.

Eine solche matrizenartige Anordnung ist in Fig.6 dargestellt. Die unteren Elektroden der Vorrichtungen 151 bis 155 liegen an Leitungen Kl bis Y5. Die P-typischen oberen Elemente sind in F i g. 6 kreisrund gezeichnet, wiewohl sie auch rechteckig, quadratisch

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oder in anderen Formen gestaltet sein können. Die P-typischen Elemente sind zusammengefaßt an Leitungen Xl bis X 5.

Als lichtemittierende Dioden haben sich Galliumphosphid-Dioden besonders bewährt Der verbotene Spalt für Galliumphosphid beträgt 2,24 Elektronenvolt für 300⁰K, so daß sich eine Abstrahlung von 5600 · 10-¹⁰In bis in den Infrarotbereich ergibt. Die ausgestrahlte Lichtstrahlung ist eine Folge indirekter Übergänge auf die Verunreinigungsniveaus des Materials. Bei Dioden, die mit wenig Donoren und Acceptoren, die sich teilweise in den beiden Gebieten, in dem N-Bereich und dem P-Bereich, kompensieren, gedopt sind, heben die Lichtemissionen den grünen Bereich an. Tiefe Donoren und leichte Acceptoren-Rekombinationen führen zu einer roten Emission (1,77 Elektronenvolt) entsprechend 7000· 10-'° m.

Galliumphosphid-Einkristalle kann man wachsen lassen durch langsame Abkühlung einer galliumphosphidgesättigten Galliumlösung. Bei der Abkühlung formen sich dendritische Kristalle, aus denen Platten von ungefähr 1 qcm Größe und einer Stärke von 1 mm geschnitten werden können. Diese werden auf der einen Seite geläppt und auf der anderen Seite mechanisch poliert. Die P-N-Verbindungen werden durch epitaxischen Aufbau erzeugt. Der Kristall wird mit einem Quarzstift in dem einen Ende einer Graphitschale niedergehalten. Im anderen Ende der Graphitschale wird eine Gallium-Gallium-Phosphid- Mischung mit Dopierungsmaterial untergebracht. Die Graphitschale wird dann in eine Quarzröhre eingeschoben und in einer geeigneten Atmosphäre auf ungefähr 1140°C erhitzt. Die Graphitschale wird dann gekippt, so daß die gesättigte Galliumlösung den Kristall bedeckt. Nachdem langsam abgekühlt wurde, wird der epitaxische Überwuchs des Kristalls von der Gallium-Gallium-Phosphid-Mischung isoliert durch Einblasen verdünnter Salzsäure. Sodann wird der Kristall gespalten und platiert und die lichtemittierende Diode ist fertig.

Zweidimensionale Anordnung

Fig.7 zeigt eine matrizenartige zweidimensionale Anordnung von lichtemittierenden Dioden. Es sind zwei Generatoren 200, 202 vorgesehen, die vertikal und horizontal Signale zur Erregung einzelner Dioden der lichtemittierenden Diodenmatrix 203 erzeugen. Der Generator 200 erzeugt einen Strom für die Matrix 203 und der Generator 202 für die Matrix 203.

Der Generator 200 weist eine Batterie 210 auf, die über einer Vielzahl von Widerständen 211 bis 216 liegt, welch letztere einen Spannungsteiler bilden. In entsprechender Weise liegt eine Batterie 220 über einer Vielzahl von Widerständen 221 bis 226, die ebenfalls wieder einen Spannungsteiler bilden. Mit 231 bis 235 sind Transistoren bezeichnet, die in Serie mit zugeordneten Dioden 241 bis 245 zwischen diese Spannungsteiler geschaltet sind. Die Widerstände 251 bis 255 liegen an den Basiselektroden der Transistoren 231 bis 235 und an Spannungsteilerabgriffen des Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen 221 bis 226. Die Knotenpunkte 261 bis 265 des Generators 200 liegen an den vertikalen Leitungen ^l bis Y5 der lichtemittierenden Diodenmatrix 203. Mit 270 ist eine Signalquelle bezeichnet, die der Signalquelle 24 aus F i g. 1 in Funktion und Aufbau entspricht.

Der Generator 202 weist eine Batterie 310 auf, die über den Widerständen 311 bis 316, die ihrerseits einen Spannungsteiler bilden, liegt. Außerdem ist eine Batterie 320 vorgesehen, die über den Widerständen 321 bis 326 liegt, die ebenfalls einen Spannungsteiler bilden. Die Dioden 331 bis 335 liegen in Serie mit gegengeschalteten Dioden 341 bis 345 zwischen je zwei Potentialen der Spannungsteiler. Die Verbindungspunkte 351 bis 355 ! liegen über entsprechende Widerstände 361 bis 365 an ^; Massenpotential. Die Verbindungspunkte 355 bis 351 liegen auch an den horizontalen Leitungen X 1 bis X 5. Mit 370 ist eine Signalquelle bezeichnet, die der Signalquelle 24 aus Fig. 1 entspricht und genauso ; aufgebaut ist und wirkt wie diese.

Die Diodenmatrix 203 aus F i g. 7 kann in der gleichen Weise wie ein Fernsehraster über die beiden Generatoren 200 und 202 getastet werden. In einem solchen Fall werden die Amplituden der zusammenfallenden dachförmig geformten Signale der Generatoren 200 und 202 so gewählt, daß sie nicht ausreichen, allein für sich eine Diode zur Lichtemission anzuregen. Die Folge ist, daß alle lichtemittierenden Dioden dunkel sind bzw. rückwärts vorgespannt sind. Wenn jedoch Signale entsprechend den üblichen Videosignalen an einen oder an beide Generatoren 200 und 202 gelangen, dann ändert sich unter Umständen die Amplitude und die ι Phase der einen oder beider Ausgangsspannungen dieser Generatoren, so daß ausgewählte Dioden vorwärtsgespannt werden und anfangen zu leuchten. ] Man erhält dabei ein äquivalentes Fernsehraster, wenn man die Frequenz der Signalwelle 270 entsprechend größer macht als diejenige der Signalwelle 370, so daß der Generator 200 zeilenweise und der Generator 202 spaltenweise die Erregung auslenkt. Wie bereits bemerkt, sind die Signalquellen 270 und 370 im wesentlichen so ausgebildet, wie die Signalquelle 24 aus Fig. IA. Wenn ein Fernsehraster erzeugt werden soll, dann liegen die den Umschaltern 101 und 103 (F i g. 1 A) ' entsprechenden Schalter der Signalquelle 270 auf Schaltstellung II, während der dem Schalter 105 entsprechende Schalter nach unten geschaltet ist, so daß die Ausgangsspannung des dem Signalgenerator 109 entsprechenden Signalgenerators am Ausgang der Signalquelle 270 liegt. Der dem Signalgenerator 109 entsprechende Signalgenerator erzeugt dann komplementäre Sägezahnsignale, und zwar angeregt über eine der Eingangsleitung 271 (Fig. IA) entsprechende Eingangsleitung, die über einen Steuergenerator, der nicht dargestellt ist, gesteuert wird. Unter Bezugnahme auf Fig. IA und die dort gewählten Bezeichnungen sind in einem solchen Fall die Umschalter 101 und 103 der Signalquelle 370 in Position II geschaltet, und der

so Schalter 105 ist nach unten an den Signalgenerator 109 geschaltet. Die Videosignale aus einer Signalquelle, die nicht dargestellt ist, gelangen dann über eine Eingangsleitung 271 an den Signalgenerator 109. Der Generator 200 erzeugt dachförmige Ausgangssignale mit einer positiven Spitze und der Generator 202 solche mit einer negativen Spitze. Die horizontale Leitung, auf der die negative Spitze liegt, und die vertikale Leitung, auf der die positive Spitze liegt, kreuzen sich an der Stelle der Matrix, an der die dann beleuchtete Diode liegt. Die fragliche Diode ist jedoch nicht beleuchtet, wenn keine Video-Information vorliegt. Die Matrix 203 wird jedoch durchgeschaltet nach Art eines Fernsehrasters und wenn eine Video-Information vorliegt, erfolgt die Wiedergabe. Unter diesen Umständen moduliert das Videosignal die Spannung für die jeweils ausgewählte ! beleuchtete Diode und demzufolge auch die Intensität j der Lichtabstrahlung der jeweils angeregten Dioden, j Solche Wiedergabevorrichtungen sind vorteilhaft, weil j

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern einzelner spannungsempfindlicher, lichtemittierender Dioden aus einer Reihe von mehreren lichtemittierenden Dioden mit Hilfe einer von einer Signalquelle erzeugten variablen Ansteuerspannung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannungsteiler (A, B) je eine angelegte Teilerspannung teilend vorgesehen sind und daß je ein Abgriffszweig (30, 40, 80; 31, 41, 81;...) für jede Diode (90 bis 94) vorgesehen ist, von welchen Abgriffszweigen jeder für sich zwischen einen Spannungsabgriff (51A bis 55-4,) des ersten Spannungsteilers (A) und einen Spannungsabgriff (6Iß bis 65B) des zweiten Spannungsteilers (B) geschaltet ist, und zwar von Abgriffszweig zu Abgriffszweig fortschreitend am ersten Spannungsteiler an Abgriffen zunehmender Teilerspannung und am zweiten Spannungsteiler an Abgriffen abnehmender Teilerspannung, daß durch die Signalquelle (24) das Vorspannungspotential des ersten Spannungsteilers (A) und des zweiten Spannungsteilers (B) gegenüber Massenpotential verstellbar ist, daß die Abgriffszweige je einen Knotenpunkt (80 bis 84) aufweisen, an den, bezogen auf Massenpotential, die jeweils niedrigere der beiden von dem betreffenden Abgriffszweig an den beiden Spannungsteilern abgegriffenen Spannungen gelangt, und daß die Anoden der kathodenseitig über eine einstellbare Spannungsquelle an Massenpotential angeschlossenen lichtemittierenden Dioden (90 bis 94) mit den Knotenpunkten (80 bis 84) verbunden sind (F ig. 1).

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gegenspannungsquelle (95, 202) als

. einstellbare Spannungsquelle (F ig. 1,7).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine matrizenartige Anordnung der Leuchtdioden, die spaltenweise an die Knotenpunkte (261 bis 265) und zeilenweise an Abzweige eines als Gegenspannungsquelle dienenden Generators (202) angeschlossen sind (F i g. 7).

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verstellbare Spannungsquellen (50,60) die Spannungsteiler (A, ß;speisen(Fig. 1).

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeden Spannungsteiler (A, B) speisenden Spannungsquellen (50, 66) gegenpolig zueinander, bezogen auf die Abgriffszweige, geschaltet sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Enden der Spannungsteiler (A, B) die Signalquelle (24) angeschlossen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (24) zwischen den Spannungsteilern (A, B) einen Wechselspannungsgenerator (109 — Sinus-, Sägezahn- etc.) aufweist, mit zwei Ausgangsanschlüssen (109A tO9B), an denen die erzeugte Wechselspannung gegenphasig liegt(Fig. la).

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abgriffszweig (30, 40, 70, 80) einen Transistor (30) und eine Diode (40) in Reihe aufweist, und daß die Transistorbasis über einen Belastungswiderstand

(70) an dem Abgriff (61 B) der Diode (40) liegt und daß der Knotenpunkt zwischen Transistor und Diode ist (F ig. 1).

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abzweig des Generators (202) zwei gegenpolige Dioden (331, 341) in Reihe aufweist, daß der Knotenpunkt (351) zwischen den Dioden der zugehörige Ausgangsanschluß ist und daß der Knotenpunkt (351) außerdem über einen Belastungswiderstand (361) geerdet ist (F ig-7).