Оптоэлектронный дисплей Советский патент 1983 года по МПК G09F9/33 

.

,ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСПЛЕЙ, содержёшцЛГ последовательно расположенные первую прозрачную пластину, первый электрод и диэлектрический 3 |Г «nMiiMMJ IS (5 I . - -. - .- -Jf-.-. .f . I хС слой, полупроводниковую пластину, последовательно расположенные элект- рооптический слой, второй электрод и вторую прозрачную пластину, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения качества изображения путем вьшеления нестационарных изобргикений на квазистационарном, фоне, дисплей содержит диодные слои, расположенные между диэлектрическим слоем и полупроводниковой пластиной и полупроводниковой пластиной и электрооптическим слоем соответственно, а максвелловское время диэлектрической релаксации электрооптнческого слоя удовлетворяет условию , максвелловское время диэле1с-|Г/ где Tf трической релаксации , частота вреьюнного напряжения) характерное время измене- S НИН квазистационарногчэ фона. 7

Изобретение относится к оптоэлек ронике и может быть использовано в устройствах оптической обработки ин формации для обнаружения и опознавания движущихся объектов, а также для отображения динамической информации. Известен оптоэлектронный дисплей содержащий полупроводниковую пласти ну с нанесенными на нее прозрачными электродами, к которым подклю чен источник питающего напряжения. При освещении дисплея регистрируемы и считывающим световыми потоками ди плей выделяет нестационарные изобра жения, подавляя стационарные flQ. Недостатком данного дисплея яв - ляется высокое питающее напряжение (.несколько КБ), малая разреиающая способность (1-10 линий/мм) и ограниченная область чувствительности (300-500. нмХ Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому зффек.ту является оптоэлектронный дисплей на основе структуры металлический электрод-диэлектрически слой - полупроводниковая пластина электрооптический .слой - металличес кий электрод, содержащий источник переменного напряжения, подключенны к металлическим электродам структуры 2. Недостатком известного дисплея является отсутствие выделения неста ционарных изображений на квазистационарном фоне. Цель изобретения - повышение ка;чества изображения путем выделения нестационарных изображений на квазистационарном фоне. Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный дисплей, содержащий последовательно расположенные первую прозрачную пластину, которая является информационным вхо дом дисплея, первый электрод и диэлектрический слой, полупроводниковую пластину, последовательно рас положенные электрооптический слой, второй электрод и вторую прозрачную пластину, которая является, управляю щим входом и выходом дисплея, введе ны диодные слоир расположенные межд диэлектрическим слоем и полупроводниковой пластиной и полупроводников пластиной и электрооптическим слоем ; соответственно, а максвелловское время диэлектрической релаксации электрооптического слоя удовлетворя ет условию -VC.r, .,- маковелловсйое время электрической релаксации,: - частота переменного напря- . жения; - характерное время изменения квазистационарного фона. На фиг. 1 показйна конструкция устройства, на фиг. 2 - зонная диаграмма J на фиг. 3 - эквивалентная электрическая схема. Дисплей содержит последовательно расположенные первую прозрачную пластину.1, на которую подается регистрируемое изображение 2, первый электрод 3 и диэлектрический слой 4, полупроводниковую пластину 5,электрооптический слой б, второй электрод 7, вторую полупрозрачную пластину 8 и диодные слои 9, уп-. равляющий (считывающий) поток 10, освещающий слой б и преобразующий- ся в нем в выходной поток 11. Электроды :3 и 7 подключены к источнику 12 питания. Эквивалентная электрическая схема дисплея-содержит конденсатор 13(емкость диэлектрического слоя 4, диоды 14 и 15 (соответствующие слоям 9), резистор 16 (сопротивление пластины 5), а также параллельно соединенные резистор 17 и конденсатор 18 (сопротивление и емкость .слоя б). Оптоэлектронный дисплей работает следующим образом. При.;подаче напряжения от источ- , ника 12 на электроды 3 и 7 оно рас- . пределяется между пластиной 5 и слоем б, причем выбирается так, чтобы напряжение на слое 6 в исходном состоянии было меньше напряжения возникновения электрооптического эффекта в слое б, Соответственно при освещении потоком 10 при отсутствии изображения 2 нет сигнала и в преобра- . зованном потоке 11, При этом, благодаря встречному включению диодных слоев 9, на слое б выделяется переменное напряжение без постоянной составляющей, При освещении дисплея с той или иной стороны, т,е, освещения одного из диодных слоев 9 регистрируемым изображением 2, сопротивление освещаемого диода 14 сфиг.3 резко падает. Неосвещенный диод создает выпрямленное напряжение на слое 6,т,е, заряжает емкость - конденсатор 18.. Поскольку слой б находился до освещения в предпороговом состоянии, то в момент освещения в нем возникает электрооптический эффект.Благодаря наличию утечки через резистор 17С сопротивление слоя б), заряд конденсатора 18 стекает, т.е. постоянное напряжение на слое б уменьшается. Восстановления же напряжения до прежнего, уровня при неизменной интенсивности Изображения 2 не происходит благодаря наличиго диэлектрического слоя 4 с существенно лучшими диэлектрическими свойствами нежели у слоя 6. В соответствии с изменениями постоянного напряжения на слое 6 меняется и его оптический отклик. Таким образом, стационарные изображения не . производят-постоянного оптического отклика, и лишь в моменты включения и выключения (,в меньшей степени) изображения слое 6 оказываются импульсы выпрямленного напряжения, вызывающие оптический отклик, т.е. появление сигнала в выходном потоке 11. Причем для подавления квазистационарных изображений необходимо, чтобы выпрямленное напряжение успело разрядиться за характерное время изменения квазистационарных изображений, т.е. чтобы выполнялось условие

,

- максвелловское время диэлектрической релаксации слоя/ У удельное сопротивление слоя диэлектрическая проницаемость слоя ,

tf - характерное время изменения квазистационарных изображений. Для того, чтобы возникало выпрямлунное напряжение достаточной величи ны, время разрядки слоя 6, т.е. конденсатора 13 через резистор 18, было , больше нежели полупериод питающего напряжения, т.е. выполнялось условие .f f f KG ..-i - частота питающего напряжения. В противном случае выпрямленное напряжение на конденсаторе 13 мало, поскольку он успевает разрядиться через резистор 18 в течение пЬлупериода питающего напряжения. Таким образом, с одной стороны т/ слоя 6 должно быть достаточно мало, -чтобы обусловить малую длительность импульса выпрямленного напряжения на слое б по сравнению с характерным временем изменения квазистационарных изображений ТГ . С другой стороны, оно должно быть достаточно велико,чтобы слой 6 заряжался до максимально возможного напряжения. Естественно, что при освеп НИИ полупроводниковой пластины 5 уменьшается не только сопротивление освещаемого диода 14, но и сопротивление объема пластины 5, т.е сопротивление резистора 16, что приводит к увеличению переменного напряжения на слое 6. Это действие приводит к тому, что стационарные изображения все .же вызывают оптический отклик. Однако чувствительность дисплея в этом случае быстро падает с увеличением частоты питающего на пряжения, изменяясь практически пропорционально частоте. В то . же

время, чувствительность дисплея для нестационарных изображений практически неизменна по частоте, ухудшаясь лишь на низких частотахf%tr поскольку здесь существенным является безинерционный выпрямляющий эффект. Следовательно, при выборе достаточно высокой частоты питающего напряжения, стационарные изображения будут подавляться, в то время как нестационарные изображения будут регидтрироваться и преобразовываться.

При изготовлении оптоэлектронного дисплея в качестве полупроводниковой пластины 5 -может быть использован кристалл арсенида галлия или сул фида кадмия толщиной 200 мкм. На обеих сторонах пластины механической полировкой создавались диодные слои 9 за счет искривления зон по лупроводника на 50-150 мВ (фиг. 2), Искривление зон может быть создано также легированием приповерхностных областей ионной бомбардировкой, диффузией и т.д. Диэлектрический слой из двуокиси кремния имеет толщину 0,1-0,2 мкм, электроды 3 и 7 выполнены из окиси индия. Слоем б служит планарно ориентированный жидкий кристалл с положительной диэлектрической анизотропией и толщиной 5 мкм (Его удельное сопротивление составлял ОКОЛО и соответствующее время максвелловской релаксации, т.е. разрядки, - 1-5 мс. Напряжение питания выбирается с частотой 20 :250 кГц,-при этом интенсивность регистрируемых нестационарных изображений (нестационарность достигалась преЕялванием с частотой 5-500 ) порядка 2-5 мкВт/см, в то время как стационарные изображения производят оптический отклик той же величины при интенсивности 2-10 мВт/см, т.е. в большей. Считывающим потоком в этих случаях является свет с длиной волны 440 нм. Разрешающая способность превышает 10 линий/мм для структур с арсенидом галлия и 50 линий/мм для сульфида кадмия. При частотах 2-20 кГц стационарные изображения подавляются неполностью, происходит лишь подчеркивание нестационарных деталей. На частоте 200 Гц стационарные изображения воспроизводятся полностью.

Диодный слой может быть формирован за счет взаимодействия полупроводника с нескомпенсированными дипольнымк моментами молекул гомеотропно ориентированного жидкого кристалл с положительной диэлектрической анизотропией. Величина искривления зон на границе при этом будет порядка lOO-200 мВ для использовавшегося вкачестве полупроводниковой пластины кристалла силиката висмута. В этом случае диодный слой существует лишь

на одной стороне .пластины 5, структура уже изначально обладает выпрямляющим действием. Однако выпрямленное напряжение на слое б в стационарном случае (при освещении либо без него отсутствует, поскольку успевает разрядиться через собственное сопротивление (резистор,17 слоя 6) . Однако при освещении диод 14 теряет свои выпрямляющие свойства но при выключении регистрируемого изображения 2 к нему эти свойства возвращаются и на слое 6 возникают выпрямленное напряжение и оптический отклик. Таким образом, в выходном потоке 11 света отклик возникает при выключении регистрируемого изображения 2. Далее напряжение на слое б разряжается и отклик исчезает за максвелловское времярелаксации {в данном случае - 100-300 мс) , Дисп лей воспроизводит изображения, частота которых больше 1-2 /, Дисплей обладает также свойством выделять лишь границы изображений, поскольку благодаря гомеотгропной ориентации

Предлагаемый объект

Параметр

10-100

Напряжение питания, В

Чувствительность, мкВт« см

Минимальное время цикла,

мс25

Разрешающая способность,

более 10 (для GaAs) линий/мм более 50 (для CdS)

Область чувствительнос300-900 (для GaAs) ти, тл 300-500 (для CdS)

300-6000 .

Область считывания, нм

жидкого кристалла для его переориен тации необходимо наличие, поперечной составляющей электрического поля в слое б, которая возникает лишь на границах деталей изображения.

Таким образом, структуры с одним ДИОДНЫМ слоем, также выделяют нестационарные объекты.

По сравнению с известным предлагаемый оптоэлектронный дисплей име.еТ ряд преимуществ, которые предсталены в таблице.

Таким образом, предлагаемый дисплей значительно превосходит известный по всем основным параметрам.

Оптоэлектронный дисплей может быть использован в схемах оптическо обработки информации и опознавания объектов для выявления движущихся объектов на неподвижном фоне, например, в биологии и медицине для выделения подвижных клеток и т.п., в н,еразр5т1ающем контроле для. дистанционного бесконтактного определения амплитуды вибрации механизмов и т.д.

I

Известный объект

1000-5000

-410 10

- 1000-2000

1-5

300-500

600-6000

3 5 9

V

V,

г.

Y////7.

Фиг.г

г п 16 1$

h к±з ьLfll

W/

41-й,-.

Фиг. 5