Оптоэлектронный дисплей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОМИТЕТ СССР Ий И ОТНРЫТИ ГОСУД АРСТВЕННПО ДЕЛАМ ИЗ ИЗОБРЕТДЕТЕЛЬСТВУ 0 В ГОРСКОМУ С зический ин ематичессталлах олупроЖТф, 7 (прото е Ч,ремя диэлек. ацин,го напряжемаков елловское трической рела частота времен ния)характерное вр ния квазистаци мя измене- рнарного фона,(21) 3424141/18-24(71) Ордена Ленина фиститут им. П.Н.Лебедева;кого перехода в жидких крис симметричной структурои пводник-диэлектрик.-Письма в1978, т. 4, в, 7, с.-384-38тип).(54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСПЛЕЙ,содержащйЗГ последовательно расположенные первую прозрачную пластину,первый электрод и диэлектрический слой, полупроводниковую пластину, последовательно расположенные электрооптический слой, второй электрод и вторую прозрачную пластину, о т л ич а ю ц и й 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 электрооптического слоя . удовлетворяет условиюИзобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано вустройствах оптической обработки информации для обнаружения и опознавания движущихся объектов, а такжедля 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 регистрируемыми считывающим световыми потоками дисплей выделяет нестационарные изображения, подавляя стационарные 1. 15Недостатком данного дисплея яв -ляется высокое питающее напряжениенесколько кВ), малая разрешающаяспособность (1-10 линий/мм) и ограниченная область чувствительности 2 О(300-500 нмНаиболее близким к изобретениюпо 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 структуры2,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 входом дисплея, первый электрод и диэлектрический слой, полупроводниковую пластину, последовательно расположенные электрооптический слой, второй электрод и вторую прозрачную пластину, которая является управляющюи входом и выходом дисплея, введены диодные слои расположенные между диэлектрическим слоем и полупровод никовой пластиной и полупроводниковой пластиной и электрооптическим слоемсоответственно, а максвелловское время диэлектрической релаксации электрооптического слоя удовлетворя ет условию"сЧ;, сТ,где" максвелловсйое время диэлектрической релаксации; частота переменного напряжения;- характерное время изменения квазистационарного фона.На фиг, 1 показана конструкцияустройства, на фиг. 2 - зонная диаграмма, на фиг, 3 - эквивалентнаяэлектрическая схема,Дисплей содержит последовательно расположенные первую прозрачнуюпластину 1, на которую подаетсярегистрируемое изображение 2, первый электрод 3 и диэлектрическийслой 4, полупроводниковую пластину5, электрооптический слой 6, второйэлектрод 7, вторую полупрозрачнуюпластину 8 и диодные слои 9, уп-.равляющий (считывающий ) поток 10,освещающий слой 6 и преобразующий- -ся в нем в выходной поток 11. Электро.ды :3 и 7 подключены к источнику12 питания.Эквивалентная электрическая схемадисплея содержит конденсатор 13 емкость пиэлектрического слоя 4),диоды 14 и 15 (соответствующие слоям 9), резистор 16 сопротивлениепластины 5), а также параллельносоединенные резистор 17 и конденсатор 18 (сопротивление и емкостьслоя 6) .Оптоэлектронный дисплей работаетследующим образом,Приподаче напряжения от источника 12 на электроды 3 и 7 оно распределяется между йластиной 5 и слоем 6, причем выбирается так, чтобЫ напряжение на слое 6 в исходном состоянии было меньше напряжения возникновения электрооптического эффекта в слое 6, 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 6 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 6, т.е. заряжает емкость - конденсатор 18, Поскольку слой 6 находился до освещения в предпороговом состоянии, то в момент освещения в нем возникает электрооптический эффект. Благодаря наличию утечки через резистор 17 сопротивление слоя 6), 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 нали65 чию диэлектрического слоя 4 с существенно лучшими диэлектрическимисвойствами нежели у слоя 6. В соответствии с изменениями постоянногонапряжения на слое 6 мейяется и егооптический отклик. Таким образом,стационарные изображения ве производят постоянного оптического отклика, и лишь в моменты включенияи выключения в меньшей степени)изображения 2 на слое 6 оказывают-. 30ся импульсы вйпрямленного напряжения, вызывакщие оптический отклик,т,е. появление сигнала в выходномпотоке 11. Причем для подавленияквазистационарных изображений не.обходимо, чтобы выпрямленное напряжение успело разрядиться захарактерное время изменения квазистационарных изображений, т,е. чтобывыполнялось условие 206 ой Кгде- максвелловское время диэлектрической релаксации слоя,удельное сопротивление слоя,5Ио - диэлектрическая проницаемость слоя;С - характерное время измененияквазистационарных 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 питающегонапряжения, т.е, выполнялось условие 35, Ф г ", где- частота питающего напряжения. В противном случаевыпрямленное напряжение на конденсаторе 13 мало, поскольку он успевает разрядиться через резистор 18 40в течение полупериода питающего напряжения. Таким образом, с одной стороны Гм слоя 6 должно быть достаточно мало, чтобы обусловить малуюдлительность импульса выпрямпенного 45напряжения на слое 6 по сравнениюс характерным временем измененияквазистационарных иэображений.3 . Сдругой стороны, оно должно быть дос.,таточно велико, чтобы слой 6 заряжался до максимально возможного напряжения. Естественно, что при освещении полупроводниковой пластины 5уменьшается не только сопротивлениеосвещаемого 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 6 Оотклик. Однако чувствительность дисплея в этом случае быстро падаетс увеличением частоты питающего напряжения, изменяясь практическипропорционально частоте. В то . же время, чувствительность дисплеядля нестационарных изображений практически неизменна по частоте, ухудшаясь лишь на низких частотахХ -м,поскольку здесь существенным является безинерционный выпрямляющийэффект. Следовательно, при выборедостаточно высокой частоты питающегонапряжения, стационарные изображениябудут 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 как7стационарные изображения производят оптический отклик той же величины при интенсивности 2-10 мВт/см% 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 в . качестве полупроводниковой пластины 5кристалла силиката висмута. В этом случае диодный слой существует лишь1037326 Известный объект Параметр 1000-5000 10-100 10 102-10 10 1000-2000 более 10 (для СаАь)более 50 (для Сд) 300-900 (для ОаАь)300-500 (для И 5) 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 освещениилибо без него) отсутствует, поскольку уепевает разрядиться через собственное сопротивление ( резистор,17слоя 6) . Однако при освещении диод14 теряет свои выпрямляющие свойства,но при выключении регистрируемого10изображения 2 к нему эти свойствавозвращаются и на слое 6 возникаютвыпрямленное напряжение и оптический отклик. Таким образом, в выходном потоке 11 света отклик возникает 15при выключении регистрируемого изображения .2. Далее напряжение на слоеб разряжается и отклик исчезает замаксвелловское время релаксации(в данном случае - 100-300 мс), Дисп лей воспроизводит изображения, частота которых больше 1-2 сф, Дисплейобладает также свойством выделятьлишь границы изображений, посколькублагодаря 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 Фжидкого кристалла для его переориен,тации необходимо наличие. поперечнойсоставляющей электрического поляв слое б, которая возникает лишь награницах деталей изображения.Таким образом, структуры с однимдиодным слоем также выделяют нестационарные объекты,По сравнению с известным предлагаемый оптоэлектронный дисплей име;ет ряд преимуществ, которые представлены в таблице.Таким образом, предлагаемый дисплей значительно превосходит известный по всем основным параметрам.Оптоэлектронный дисплей можетбыть использован в схемах оптическойобработки информации и опознаванияобъектов для выявления движущихся объектов на неподвижном фоне,например, в биологии и медицинедля выделения подвижных клеток ит.п., в неразрушающем контроле длядистанционного бесконтактного опре-,деления амплитуды вибрации механизмов и т,д,. Заказ Патентф, гУжгород, ул, Проектная, 4 . илиал 18/54 Тираж 488 ВНИИПИ Государственног пе делам изобретений 113035, Иосквар й,.РаПодоисноекомитета СССРи открытийуюская наб., д. 4/5