Оптоэлектронный дисплей

 

,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 электрооптический 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1% (1И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3424141/18-24 (22) 08.02.82 (46) 23.08.83 Бюл. М 31 (72) Л.В.Парфенов (71) Ордена Ленина физический институт им. П.Н.Лебедева (53) 681.327 (088.8) ° (56) 1. Петров М.П.Обработка инфор=

:мации. В кн.: Применение методов

;оптической обработки. информации и ,голографии, Л., ЛФТИ, 1980, с. 223 .24 2.

2. Чилая Г. С., Сихарулидзе Д.Г.

:Эффект памяти холестериконематичес;кого перехода в жидких кристаллах с симметричной структурои полупро водник-диэлектрик.-Письма в ЖТФ, 1978, т. 4, в. 7, с.-384-387 (прототип). (54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСПЛЕЯ, содержащйФГ последовательно расположенные первую прозрачную пластину, первый электрод и диэлектрический

3 слой, полупроводниковую пластину, 1 последовательно расположенные электрооптический слой, второй электрод и вторую прозрачную пластину, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения качества изображения путем выделения нестационарных изображений на квазистационарном фоне, дисплей содержит диодные слои, расположенные между диэлектрическим слоем и полу» проводниковой пластиной и полупроводниковой пластиной и электрооптическим слоем .соответственно, а максвелловское время диэлектрической релаксации электрооцтического слоя . удовлетворяет условию

% Г е гле Гц — мексвелловское время Лквлек. Щ трической релаксации

« частота временного напряже- С, ния) — характерное время измене- Я ния квазистационарного фона.

1037326

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в устройствах оптической обработки информации для обнаружения и опознавания движущихся объектов, а также для отображения динамической информации.

Известен оптоэлектронный дисплей, содержащий полупроводниковую пластину с нанесенными на нее прозрач. ными электродами, к которым подключен источник питающего напряжения.

При освещении дисплея регистрируемым и считывающим световыми потоками дисплей выделяет нестационарные изображения, подавляя стационарные L1I). 15

Недостатком данного дисплея яв— ляется высокое питающее напряжение (несколько кВ), малая разреыающая способность (1-10 линий/MM) и ограниченная область чувствительности 7П (300-500 нм

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является оптоэлектронный дисплей на основе структуры металлический электрод-диэлектрический слой — полупроводниковая пластина электрооптический .слой — металлический электрод, содержащий источник переменного напряжения, подключенный к металлическим электродам структуры t 2).

Недостатком известного дисплея является отсутствие выделения неста- 35 ционарных изображений на квазистационарном фоне.

Цель изобретения — повышение ка:чества изображения путем выделения нестационарных изображений на ква- 4О зистационарном фоне.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный дисплей, содержащий последовательно расположенные первую прозрачную пластину, которая является информационным входом дисплея, первый электрод и диэлектрический слой, полупроводниковую пластину, последовательно расположенные электрооптический слой, второй электрод и вторую прозрачную пластину, которая является управляющюл входом и выходом дисплея, введены диодные слои„ расположенные между диэлектрическим слоем и полупровод- 5

- никовой пластиной и полупроводниковой пластиной и электрооптическим слоем соответственно, а максвелловское время диэлектрической релаксации электрооптического слоя удовлетворя- 60 ет условию где „- максвелловсйое время ди электрической релаксации; частота переменного напряжения; — характерное время изменения квазистационарного фона.

На фиг. 1 показана конструкция устройства, на фиг. 2 — зонная диаграмма, 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 преобразующийся 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 6) .

Оптоэлектронный дисплей работает следующим образом.

При.:подаче напряжения от источника 12 на электроды 3 и 7 оно распределяется между йластиной 5 и слоем б, причем выбирается так, чтобЫ напряжение на слое б в исходном состоянии было меньше напряжения возникновения электрооптического эффекта в слое б. Соответственно при осве; щении потоком 10 при отсутствии изображения 2 нет сигнала и в преобразованном 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 иэображением 2, сопротивление освещаемого диода 14 (фиг.З) резко падает. Неосвещенный диод создает выпрямленное напряжение на слое б, т.е. заряжает емкость — конденсатор 18, Поскольку слой 6 находил-. ся до освещения в предпороговом состоянии, то в момент освещения в нем возникает электрооптический эффект.

Благодаря наличию утечки через резистор 17(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 налиI

1037326 чию диэлектрического слоя 4 с существенно лучшими диэлектрическими свойствами нежели у слоя 6. В соответствии с изменениями постоянного напряжения на слое 6 мейяется и его оптический отклик. Таким образом, стационарные изображения не . производят постоянного оптического отклика, и лишь в моменты включения и выключения в меньшей степени) изображения 2 на слое 6 оказывают-. 30 ся импульсы вйпрямленного напряжения, вызывакщие оптический отклик, i т.е. появление сигнала в выходном потоке 11. Причем для подавления квазистационарных изображений не- $5 .обходимо, чтобы выпрямленное напряжение успело разрядиться за характерное время изменения квазистационарных изображений, т.е. чтобы выполнялось условие 20 тм=ee.Ð-0, где - максвелловское время диэлектрической релаксации слоя, удельное сопротивление слоя 5

H — диэлектрическая проницаемость слоя С вЂ” характерное время изменения квазистационарных изображений.

Для того, чтобы возникало выпрямленное 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 Зз, Ф .г ", где .Ь - частота питающего напряжения. В противном случае выпрямленное напряжение на конденсаторе 13 мало, поскольку он успевает разрядиться через резистор 18 40 в течение полупериода питающего напряжения. Таким образом, с одной стороны Гм слоя 6 должно быть достаточно мало, .чтобы обусловить малую длительность импульса выпрямпенного . 45 напряжения на слое 6 по сравнению с характерным временем изменения квазистационарных иэображений. ф . С другой стороны, оно должно быть дос.,таточно велико, чтобы слой 6 заряжался до максимально возможного напряжения. Естественно, что при освещении полупроводниковой пластины 5 уменьшается не только сопротивление освещаемого диода 14, но и сопротивление объема пластины 5, т.е. .сопротивление резистора 16, что при водит к увеличению переменного напряжения на слое 6. Это действие приводит к тому, что стационарные изображения все .же вызывают оптический 60 отклик. Однако чувствительность дисплея в этом случае быстро падает с увеличением частоты питающего на пряжения, изменяясь практически пропорционально частоте. В то же

&5 время, чувствительность дисплея для нестационарных изображений практически неизменна по частоте, ухудшаясь лишь на низких частотах1, ° -М 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 регистрироваться и преобразовываться.

При изготовлении оптоэлектронного дисплея в качестве полупроводниковой пластины 5 -может быть использован кристалл арсенида галлия или сульфида кадмия толщиной 200 мкм. На обеих сторонах пластины механической полировкой создавались диодные слои 9 за счет искривления зон полупроводника на 50-150 мВ (фиг. 2).

Искривление зон может быть создано также легированием приповерхностных областей ионной бомбардировкой, диффузией и т.д. Диэлектрический слой 4 из двуокиси кремния имеет толщину

0,1-0,2 мкм электроды 3 и 7 выполнены из окиси индия. Слоем 6 служит планарно ориентированный жидкий ,кристалл сположительной диэлектрической анизотропией и толщиной 5 мкм.

Его удельное сопротивление составляло около 10"О Ом см и соответствующее время максвелловской релаксации, т.е. разрядки, - 1-5 мс. Напряжение питания выбирается с частотой 20

250 кГц, при этом интенсивность регистрируемых нестационарных иэображений (нестационарность достигалась прерыванием с частотой 5-500 с ")порядка 2-5 мкВт/см, в то время как

7 стационарные изображения производят оптический отклик той же величины при интенсивности 2-10 мВт/см Z т.е. в 10 раз 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 дипольными моментами молекул гомеотропно ориентированного жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией. Величина искривления зон на границе при этом будет порядка 100-200 мВ для использовавшегося вкачестве полупроводниковой пластины 5 кристалла силиката висмута. В этом случае диодный слой существует лишь

1037326

Известный объект

Параметр

1000-5000

10-100

2-10

1000-2000 более 10 (для 6аАь) более 50 (для CdS) 300-900 .(для GaAs)

300-500 (для CdS) 300-500

600-6000

300-6000 на одной стороне .пластины 5, струк= тура уже изначально обладает выпрямляющим действием. Однако вынрямленное напряжение на слое 6 в стационарном случае (при освещении либо без него) отсутствует, поскольку уСпевает разрядиться через соб ственное 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 15 при выключении регистрируемого изображения .2. Далее напряжение на слое

6 разряжается и отклик исчезает за максвелловское время релаксации (в данном случае — 100-300 мс). Дисп-2g лей воспроизводит изображения, частота которых больше 1-2 c". Дисплей обладает также свойством выделять лишь границы изображений, поскольку благодаря гомеотропной ориентации

Напряжение питания, В

-2.

Чувствительность, Дж - см — 2 мкВт см

Минимальное время цикла, мс

Разрешающая способность, линий/мм

Область чувствительности, нм

Область считывания, нм жидкого кристалла для его переориен«, тации необходимо наличие. поперечной составляющей электрического поля в слое 6, 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; e1 ряд преимуществ, которые представлены в таблице.

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

Оптоэлектронный дисплей может быть использован в схемах оптической 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 неразрушающем контроле для дистанционного бесконтактного опре-, деления амплитуды вибрации механизмов и т.д.

1037326

Составитель И.Загинайко

Редактор Л.Гратилло Техред Г.Маточка . Корректор A.ференц

I . Заказ б018/54 Тираж 488 - Поднисное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР пе делам изобретений и открытий

113035, Иосква, а-35, .Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП "Патент", гужгород,l ул. Проектная, 4 .