AT514477B1 - Speicher-Sensoranordnung mit einem Sensorelement und einem Speicher - Google Patents

Abstract

Eine Speicher-Sensoranordnung (1) mit einem Sensorelement (2) und einem Speicher, welche gekennzeichnet ist durch zumindest eine Serienschaltung eines Sensorelementes (2), welches unter dem Einfluss zu detektierender physikalischer und/oder chemischer Größen seinen Widerstand ändert, mit einer multistabilen elektrischen Zelle (3), welche beim Anlegen definierter Spannungen ihren Widerstandswert ändert und auch bei Fehlen dieser definierten Spannungen beibehält.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicher-Sensoranordnung mit einem Sensorelement und einem Speicher.

[0002] Sensorelemente sind in vielen Varianten bekannt und sie dienen zum Erfassen physikalischer und chemischer Größen, wobei nur als Beispiele genannt seien: Druck, Temperatur, Kraft, Strahlung, wie für das menschliche Auge sichtbares oder unsichtbares Licht, Röntgen-und Korpuskularstrahlung, viele Arten von chemischen Verbindungen und Elementen, wie z.B. CO, C02 etc. Die erfassten Größen werden üblicherweise in einem physisch entfernten Speicher abgespeichert, um später zum Auslesen bereit zu stehen. In vielen Fällen ist es nicht erforderlich, den zeitlichen Verlauf im Detail zu speichern, sondern beispielsweise lediglich das Auftreten, nämlich das Unter- oder Überschreiten eines Grenzwertes festzuhalten, wie z.B. das Überschreiten einer Temperaturgrenze bei Tiefkühlprodukten im Lebensmittelbereich.

[0003] Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Speicher-Sensoranordnung, die eine Speicherung an Ort und Stelle für ein späteres Auslesen ermöglicht und bei niedrigen Herstellungskosten insgesamt äußerst geringe Abmessungen aufweist.

[0004] Diese Aufgabe wird mit einer Speicher-Sensoranordnung der eingangs genannten Art gelöst, welche erfindungsgemäß charakterisiert ist durch zumindest eine Serienschaltung eines Sensorelementes, welches unter dem Einfluss zu detektierender physikalischer und/oder chemischer Größen seinen Widerstand ändert, mit einer multistabilen elektrischen Zelle, welche beim Anlegen definierter Spannungen ihren Widerstandswert ändert und auch bei Fehlen dieser definierten Spannungen beibehält.

[0005] Multistabile elektrische Zellen, von welchen die Erfindung Gebrauch macht, sind bekannt, werden weiter unten erläutert und sind beispielsweise in der US 6,950,331 B2 als solche oder in Verbindung mit einer organischen Leuchtdiode in der US 2007252126 A1 beschrieben.

[0006] Eine verlässlich arbeitende und für viele Anwendungsfälle gut geeignete Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die multistabilen elektrischen Zelle bistabil ist und zwei stabile Widerstandswerte einnehmen kann.

[0007] Einen besonders platzsparenden und kompakten Aufbau erhält man, wenn das Sensorelement und die multistabile Zelle auf einem Träger sandwichartig aufgebaut sind.

[0008] Andererseits kann es in anderen Fällen bevorzugt werden, wenn das Sensorelement und die multistabile Zelle voneinander räumlich getrennt angeordnet sind. Ein solcher Aufbau ist hilfreich, wenn ein zu detektierendes Medium von der multi-stabilen Zelle ferngehalten werden soll.

[0009] Insbesondere können das Sensorelement und die multistabile Zelle auf einem Träger im Wesentlichen komplanar und in Abstand nebeneinander liegen.

[0010] Dabei kann es empfehlenswert sein, wenn die multistabile Zelle bezüglich eines zu detektierenden Mediums versiegelt ist.

[0011] Weiters ist es in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft, wenn der Träger aus flexiblem Material besteht.

[0012] Bei vielen Anwendungsfällen ist es empfehlenswert, wenn das Sensorelement eine Konversionsschicht aufweist, welche zu erfassende physikalische und/oder chemische Größen in eine andere detektierbare Größe konvertiert.

[0013] Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Konversionsschicht dem Träger inhärent ist.

[0014] Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sensorelement als photosensitives Element ausgebildet ist.

[0015] In anderen Anwendungsfällen kann mit Vorteil das Sensorelement als temperaturab hängiger Widerstand ausgebildet sein.

[0016] Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, wenn das Sensorelement als Diode ausgebildet ist.

[0017] Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die multistabile Zelle eine organische bistabile elektrische Zelle ist. Dabei kann die Zelle zwischen Elektroden als organisches Material Alq3 enthalten.

[0018] Bei einer praxiserprobten Variante ist vorgesehen, dass die multistabile Zelle aus einer zwischen einer Indiumzinnoxidelektrode und einer Silberelektrode liegenden Polystyrolschicht besteht.

[0019] Eine vielfältig einsetzbare Speicher-Sensoranordnung nach der Erfindung erhält man, wenn eine Mehrzahl von Serienschaltungen eines Sensorelements mit einer multistabilen Zelle an den Kreuzungspunkten von in Reihen und Spalten angeordneten Leitungen in einer Matrix angeordnet und je mit einer der beiden Leitungen verbunden sind.

[0020] Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen [0021] Fig. 1 eine prinzipielle Speicher-Sensoranordnung mit einem Sensorelement und einem Speicher im Sinne der Erfindung, in einem Stromkreis samt Spannungsquelle und einer Strommessung, [0022] Fig. 2 schematisch einen typischen Sandwichaufbau einer Speicher-Sensoranordnung nach der Erfindung, [0023] Fig. 3 schematisch einen planaren Aufbau einer Speicher-Sensoranordnung nach der Erfindung, [0024] Fig. 4 schematisch eine Mehrzahl von Serienschaltungen eines Sensorelements mit einer multistabilen Zelle im Sinne der Erfindung an den Kreuzungspunkten von in Reihen und Spalten angeordneten Leitungen in einer Matrix, [0025] Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem photosensitiven Sensor und einer organische bistabile elektrische Zelle auf Basis von Alq3 in schematischer Darstellung, [0026] Fig. 6 ein zu dem Beispiel nach Fig. 5 gehöriges Schaltbild eines Auswertestromkreises, [0027] Fig. 7 zu dem Beispiel nach Fig. 5 gehörige Strom/Spannungs-Kennlinien des photosensitiven Sensors, [0028] Fig. 8 zu dem Beispiel nach Fig. 5 gehörige Strom/Spannungs-Kennlinien der bistabilen elektrischen Zelle, [0029] Fig. 9 zu dem Beispiel nach Fig. 5 gehörige Strom/Spannungs-Kennlinien der gesamten Speicher-Sensoranordnung und [0030] Fig. 10 eine Strom/Spannungs-Kennlinie einer bistabilen elektrischen Zelle, bestehend aus einer zwischen einer Indiumzinnoxidelektrode und einer Silberelektrode liegenden Polystyrolschicht.

[0031] Fig. 1 zeigt die Prinzipschaltung einer erfindungsgemäßen Speicher-Sensoranordnung 1, die aus einem Sensorelement 2 mit einem variablen Widerstand Rs und aus einer multistabilen elektrischen Zelle 3 mit einem variablen Widerstand RM besteht. Diese Serienschaltung liegt an einer Spannungsquelle 4 mit einer variablen Spannung U, wobei mit Hilfe einer Messeinrichtung 5 ein Strom I gemessen werden kann.

[0032] Das Sensorelement 2 ändert abhängig von der Präsenz und Menge einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft dynamisch seinen Widerstand Rs.

[0033] Multistabile elektrische Zellen bzw. Bauteile werden beispielsweise in der US 6,950,331 B2 beschrieben. Diese Zellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie ihren Widerstand beim Anlegen einer definierten Spannung um mehrere Größenordnungen vermindert. Die Zelle behält diesen Widerstand bei, unabhängig davon, ob die Spannung weiter anliegt oder nicht. Mit dem Anlegen einer weiteren definierten Spannung, der Lösch-Spannung, ändert die Zelle ihren Widerstand wieder zurück in den Ausgangswert. Beim Anlegen niedriger Spannungen („Lese-Spannung") kann der Widerstand des Bauteils festgestellt werden, ohne dass er sich ändert. Durch verschiedene weitere an der Zelle anliegende Spannungswerte kann zwischen weiteren verschiedenen Widerstandswerten gewählt werden (Zwischenzustände oder intermediate-states). Die Zelle behält den gewählten Widerstand bei, unabhängig davon ob die Lesespannung weiter anliegt oder nicht. Es gibt verschiedene Funktionsprinzipien solcher multistabiler Zellen, welche jedoch auf den Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Speicher-Sensoranordnung nicht berühren.

[0034] Das zugrundeliegende Funktionsprinzip der Serienschaltung wie in Fig. 1 dargestellt, beruht auf dem eines Spannungsteilers, wonach sich die an einer Serienschaltung anliegende Spannung gemäß den Widerständen der einzelnen Bauteile aufteilt.

[0035] Die vorliegende Erfindung macht sich dieses Prinzip zunutze. An die Serienschaltung des Sensorelements 2 und der multistabilen elektrischen Zelle 3 wird eine Spannung U in einer Größenordnung angelegt, die grundsätzlich zu einer Manipulation des Widerstandes RM der multistabilen Zelle 3 führen kann. Da die Schaltung als Spannungsteiler vorliegt, fällt, solange der Widerstand des Sensorelementes Rs genügend groß ist, nur ein Bruchteil der Spannung an der multi-stabilen Zelle 3 ab, sodass es zu keiner Widerstandsänderung kommen kann. Der Großteil der Spannung fällt an dem Sensorelement 2 ab. Abhängig von der Präsenz und der Menge des zu detektierenden Mediums ändert das Sensorelement 2 dynamisch seinen Widerstand Rs, was in weiterer Folge in der Serienschaltung dazu führt, dass an dem Sensorelement 2 eine geringere und an der multistabilen Zelle 3 eine größere Spannung abfällt. Abhängig von der Größe des Spannungsabfalls an der multistabilen Zelle 3, ändert sich deren Widerstand RM. Auch wenn das zu detektierende Medium nicht mehr präsent ist, bleibt dieser Widerstand stabil und kann zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt ausgelesen werden.

[0036] Durch entsprechendes Kalibrieren der gesamten Schaltung kann folglich qualitativ oder quantitativ auf das zu detektierenden Medium zurückgeschlossen werden.

[0037] Da sich der Widerstand RM der multistabilen Zelle durch geeignete Spannungspegel wieder zurücksetzen lässt, ist eine mehrfache Verwendung der Speicher-Sensoranordnung gewährleistet.

[0038] In einer mögliche Bauweise der Erfindung, nämlich einer „Sandwich" Struktur, werden einzelnen funktionelle Schichten, Ebene für Ebene vertikal übereinander gestapelt. Dies hat den Vorteil eines sehr platzsparenden Aufbaus. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Zugänglichkeit des Sensorelements zu der zu detektierenden Größe.

[0039] Eine weitere mögliche Bauweise ist ein horizontaler Aufbau, bei welchem das Sensorelement 2 und die multistabile elektrische Zelle 3 örtlich getrennt aber mit einer gemeinsamen Elektrode verbunden sind. Dieser Aufbau ist hilfreich, wenn das zu detektierende Medium von der multistabilen elektrischen Zelle 3 ferngehalten werden soll bzw. muss. Sollte die örtliche Trennung nicht genügen, kann die multistabile elektrische Zelle 3 zusätzlich auch noch versiegelt werden.

[0040] Als Sensorelement 2 kann jedes beliebige Bauteil eingesetzt werden, das die beschriebenen Anforderungen erfüllt. Als nicht einschränkende Beispiele seien hier aufgezählt: Photowiderstände, Photodioden, Phototransistoren, Thermistoren, nämlich Heißleiter (NTC- Widerstände) und Kaltleiter (PTC-Widerstände), Dehnungsmessstreifen und Drucksensoren.

[0041] Kann ein Medium nicht direkt von dem eingesetzten Sensor detektiert werden, kann eine zusätzliche am Träger aufgebrachte Konvertierungsschicht physikalische/chemische Größen in solche konvertieren, die von dem Sensor detektierbar sind.

[0042] Ein Beispiel hierfür ist bei der Verwendung einer Photodiode (bzw. eines Photowiderstandes oder Phototransistors) als Sensor gegeben: Abgesehen von sichtbaren Licht, kann durch das zusätzliche Aufbringen einer lumineszierenden Konvertierungsschicht eine Anzahl verschiedener weiterer Größen detektiert werden wie beispielsweise Alpha-, Beta- und Gamma/Röntgenstrahlung (mittels radiolumineszenter Konvertierungsschichten), Temperatur (thermolumineszente Konversationsschichten), Chemikalien (chemolumineszente / biolumines-zente Konvertierungsschichten), spezielle Wellenlängen des Lichts (durch Verwendung geeigneter Farbfilterschichten).Der Aufbau der Serienschaltung kann auch direkt auf einem Träger das aus dem Indikatormaterial besteht, z.B. auf einer PEN (Polyethylennaphta- lat)-Folie, welcher adiolumineszente Eigenschaften besitzt, erfolgen.

[0043] Durch das Aufbringen des Indikatormaterials auf die Rückseite eines Trägers oder die direkte Nutzung des Trägers als Konvertierungsschicht, kann eine örtliche Trennung von dem zu detektierenden Medium (und auch anderer unerwünschte Umwelteinflüsse) erreicht werden.

[0044] An Hand der Darstellung nach Fig. 2 soll nun eine Speicher-Sensoranordnung 1 in Sandwich-Aufbau schematisch beschrieben werden. Man erkennt den Querschnitt eines typischen Aufbaus einer einzelnen Serienschaltung im Sinne der Erfindung in einer „Sandwich" Struktur, basierend auf einem Träger 6, der sowohl steif (z.B. Glas) oder auch biegsam (z.B. PET-Folie) sein kann. Dieser Träger 6 ist mit einer ersten Elektrode 7 bedeckt. Abhängig vom gewünschten Einsatzgebiet (z.B. Lichtsensorik), ist diese Elektrode 7 transparent und besteht dann beispielsweise aus Indiumzinnoxid (ITO) oder aber lichtundurchlässig. Es folgt eine Sensorschicht 8 und eine diese kontaktierende leitfähige Zwischenelektrode 9. Die genannten drei Schichten bilden das Sensorelement 2. Auf dieses folgt eine weitere Zwischenelektrode 10, auf welcher eine Speicherschicht 11 aufgebracht und mittels einer Deckelektrode 12 kontaktiert ist. Die drei Schichten 10, 11 und 12 bilden die multistabile elektrische Zelle 3. An Stelle der Elektroden 9 und 10 könnte auch eine einzige Elektrode vorhanden sein, die von dem Sensorelement 2 und der multistabile elektrische Zelle 3 gemeinsam genutzt werden, sodass die gewünschte Serienschaltung gegeben ist.

[0045] Fig. 3 zeigt einen typischen Aufbau einer Speicher-Sensoranordnung 1 nach der Erfindung in einer planaren Struktur, aufgebracht auf einem Träger 6, der sowohl steif (z.B. Glas) oder auch biegsam (z.B. PET) sein kann. Hier ist das Sensorelement 2 von der multistabilen elektrischen Zelle 3 räumlich getrennt, welches die bereits weiter oben genannten Vorteile hat. Das Sensorelement 2 selbst kann ebenfalls in einer planaren Struktur aufgebaut sein, was den Vorteil eines vergrößerten Interaktionsvolumens der zu detektierenden Größe mit dem Sensorelement bietet. Im vorliegenden Fall kann das Sensorelement beispielsweise als Photowiderstand mit ineinander liegenden Kammstrukturen 13, 14 in einer Sensorschicht 8 ausgebildet sein. Eine erste Anschlusselektrode der Speicher-Sensoranordnung 1 trägt das Bezugszeichen 15 und eine Zwischenelektrode 16 führt zu einer unteren Elektrode 17 der multistabile elektrische Zelle 3, die weiters eine Speicherschicht 18 und eine obere Elektrode 19 besitzt, wobei letztere mit einer zweiten Anschlusselektrode 20 der Speicher- Sensoranordnung 1 verbunden ist.

[0046] Die Elektroden der Speicher-Sensoranordnungen 1 in Fig. 2 und Fig. 3 können aus einer Reihe verschiedener Materialen bestehen, einschließlich, aber nicht ausschließlich aus einem oder mehreren leitfähigen Metallen, einer oder mehreren leitfähigen organischen Verbindungen, einem oder mehreren leitfähigen Oxiden.

[0047] Die Speicherschicht 11 bzw. 18 der multistabilen elektrischen Zelle 3 kann aus einer Reihe von verschiedenen Materialien bestehen, einschließlich, aber nicht ausschließlich aus: Oxid-Verbindungen, organischen molekularen Verbindungen, polymeren Verbindungen, wobei alle diese Verbindungen auch zusätzlich eingebettete Nanopartikel enthalten können.

[0048] Insbesondere der Einsatz von organischen Materialien hat eine Reihe von Vorteilen wie etwa die von lösungsbasierten Herstellungsprozessen, die ein großflächiges und strukturiertes Aufbringen auf einen Träger ermöglicht. Weiters kann durch das Verwenden von flexiblen Trägern bzw. Substraten eine Biegsamkeit des Gesamtaufbaues erreicht werden. Die Aufbringung der einzelnen funktionellen Schichten kann dann mit Techniken wie „spincoating", Tintenstrahldruck bzw. verschiedene Drucktechniken oder Rakeltechniken erfolgen.

[0049] Fig. 4 zeigt eine typische Verschaltung mehrerer Serienschaltungen 21, die je aus einer multistabilen elektrischen Zelle und einem Sensorelement bestehen zu einer Speicher- Sensoranordnung 22 in einer Matrixanordnung. In dem Beispiel ist eine 4x5 Matrix dargestellt, eine Vergrößerung des Netzwerkes ist allerdings ohne Einschränkung möglich. Die Matrix enthält Wort-Leitungen 22w und Bit-Leitungen 22b, wobei sich an jedem Kreuzungspunkt der Wort-und Bit-Leitungen eine Serienschaltung 21 befindet, die mit ihren beiden Anschlüssen, z.B. den Elektroden 7 und 12 der Fig. 2 oder den Anschlüssen 15 und 20 der Fig. 3 je an eine Wort-bzw. Bit-Leitung angeschlossen sind.

[0050] Eine erfindungsgemäße Speicher-Sensoranordnung in Matrixstruktur ermöglicht eine großflächige und ortsaufgelöste Erfassung und Speicherung von Messsignalen. Hier seien insbesondere großflächige Dünnfilm Lichtdetektoren, Röntgendetektoren und Strahlendetektoren (Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlen) als Beispiele genannt.

[0051] Als Wort- und Bit-Leitungen können Elektroden gekreuzt zueinander angeordnet werden, wobei an jedem Kreuzungspunkt zwei Elektroden die Pole einer Serienschaltung kontaktieren. Es sei angemerkt, dass in der verwandten Fachsprache der Informationsspeicher auch von Bit-Linien und Wort-Linien gesprochen wird. Jede einzelne Serienschaltung in der Matrix kann als Bildpunkt („Pixel") interpretiert werden. Nach dem Erfassen der Messsignale kann zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt, unabhängig von der weitern Präsenz der zu messenden Größe (Mediums), der Widerstand eines einzelnen Bildpunkts durch Anlegen der bereits erwähnten Lese-Spannung an die entsprechende Wort- und Bit-Linie bestimmt werden. Der gesamte Bildaufbau kann dann durch das sequentielle Auslesen des Widerstandes aller Bildpunkte der Matrix erfolgen. Zur Widerstandsfeststellung einer einzelnen multistabilen elektrischen Zelle der Matrix ist zweckmäßig, wenn das Sensorelement und/oder die multistabile Zelle stromgleichrichtende (Dioden-)Eigenschaften aufweisen.

[0052] Im Folgenden werden zwei konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung genauer beschrieben: [0053] Beispiel 1: [0054] Für dieses Beispiel wird auf die Fig. 5 bis 9 Bezug genommen, wobei Fig. 5 in einem schaubildlichen Schnitt den planaren Aufbau der Serienschaltung eines Sensorelements 2 mit einer multistabile Zelle 3 in einer vertikalen „Sandwich" Schichtstruktur zu einer erfindungsgemäßen Speicher-Sensoranordnung 1 zeigt.

[0055] Die Herstellung der Speicher-Sensoranordnung 1 wurde wie folgt realisiert: [0056] Ein mit Indiumzinnoxid beschichteter Träger(Substrat) wurde in einem Ultraschallbad in Isopropanol, Azeton und Toluol gereinigt. Die Indiumzinnoxidschicht bildet eine Basiselektrode 23.

[0057] Auf den gereinigten Träger wurde mittels „spin-coating" eine Schicht eines Gemisches bestehend aus Phenyl-C61-butyricacidmethylester (PCBM) und Poly(3-hexylthiophen-2,5- diyl) (P3HT) aufgebracht. Diese Schicht dient als aktive Schicht 24 des Sensorelements 2.

[0058] Auf diese Schicht wurde mittels thermischer Verdampfung eine Schicht 25a Kalzium und anschließend eine Schicht 25b Aluminium aufgebracht. Die so gebildete Schicht stellt eine Zwischenelektrode 25 dar, die als zweite Elektrode des als Photodiode ausgebildeten Sensorelements 2 dient.

[0059] Daraufhin wurde eine Schicht des molekularen Materials Aluminium-tris(8- hydroxychi-nolin)(Alq3) mittels thermischen Verdampfens aufgebracht. Diese Schicht bildet eine Speicherschicht 26 der multistabilen Zelle 3.

[0060] Abschließend wurde eine Gegenelektrode 27 bestehend aus Silber mittels thermischen Verdampfens aufgebracht.

[0061] Die oben genannten Schichten Basiselektrode 23 aus ITO, aktive Schicht 24 aus PCBM und P3HT und Schicht 25a aus Kalzium fungieren also Photodetektor und somit als Sensorelement 2. Bei Einfall von Licht werden freie Ladungsträger generiert, daraus folgend ändert sich der Widerstand dieses Aufbaus abhängig von der Intensität und der Wellenlänge des Lichts. Bei Anlegen einer Spannung mittels der Spannungsquelle 4 kann über den Strom I der Widerstand bestimmt werden.

[0062] Die Schichten 25b, 26 und 27, bestehend aus Aluminium, Alq3 und Silber fungieren, als multistabile Zelle 3.

[0063] Die hier beschriebene ,Sandwich' Struktur entspricht im Wesentlichen dem Aufbau nach Fig. 2 diskutieren Aufbaus.

[0064] An Hand der Fig. 6, 7, 8 und 9 soll das Funktionsprinzip der Ausführung der Erfindung gemäß dem Beispiel 1 veranschaulichen. Fig. 6 zeigt das Ersatzschaltbild der Serienschaltung, bestehend aus einer Spannungsquelle 4, einem als Photodiode ausgebildeten Sensorelement 2 und einer multi-stabilen elektrischen Zelle 3. Fig. 7 zeigt eine Strom-Spannungskennline der Photodiode in beleuchteten und im abgedunkelten Zustand. Für den negativen Spannungsbereich zeigt sich, dass im beleuchteten Zustand der Widerstand um mehrere Größenordnungen niedriger ist als im abgedunkelten Zustand. Fig. 8 zeigt eine Strom-Spannungskennline der multi-stabilen Zelle. Die zwei verschiedenen Widerstände für Spannungen < -3 V sind klar zu erkennen.

[0065] Fig. 9 zeigt die Kennlinien der Schaltung bevor und nachdem die zu detektierende Größe, in diesem Falle Licht), auf den Aufbau aufgetroffen ist. Deutlich zu erkennen ist, dass die multi-stabilen elektrischen Zelle erst nachdem die Photodiode mit Licht beleuchtet wurde ihren Widerstand ändert.

[0066] Beispiel 2: [0067] Dieses Beispiel soll zeigen, wie eine erfindungsgemäße Speicher-Sensoranordnung zum Erfassen und Speichern eines Temperaturwertes bzw. zum Speichern des Überschreitens eines Temperaturschwellwerts eingesetzt werden kann. Ein mögliches Einsatzgebiet einer solchen Schaltung ist die Überwachung einer Kühlkette im Lebensmittelhandel. Da mögliche Geometrien des Aufbaues einer erfindungsgemäßen Speicher-Sensoranordnung bereits beschrieben wurden, wird bei diesem Beispiel auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet.

[0068] Die Speicher-Sensoranordnung besteht aus einer multistabilen Zelle und einem NTC-Widerstand in der schon bekannten Serienschaltung. Der NTC-Widerstand ändert seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur - eine steigende Temperatur führt zu einem sinkenden Widerstand.

[0069] Als multistabile Zelle dient hier eine auf Poly(styrol) basierende Sandwich Struktur, deren Strom-Spannungs-Kennlinie in Fig. 10 gezeigt ist. Wie deutlich zu erkennen ist, hat dieser Aufbau einen hochohmigen Zustand (~ 3 ΜΩ bei 1 V) und einen niederohmigen Zustand (~ 2.2 kQ bei 1 V). Bei 2.9 V schaltet diese Zelle vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand (,Threshold'). Zu Beginn befindet sich die Zelle in ihrem hochohmigen Zustand. Selbstverständlich können auch beliebig andere multistabile Zellen Verwendung finden.

[0070] Für dieses Beispiel wurde als Sensorelement ein kommerziell erhältlicher NTC-Widerstand der Firma EPCOS herangezogen (Produktnummer B57891M0333+000).

[0071] Liegt an der Serienschaltung von Sensorelement und multistabiler Zelle eine Gesamtspannung von 3 V an, führt das gemäß dem Spannungsteilungsprinzip zu verschiedenen Spannungsabfällen an den einzelnen Bauteilen gemäß ihrer Widerstände (siehe Tabelle 1, Widerstandswert des NTC Widerstands gemäß dem vom Hersteller bereitgestellten Datenblatt). Bei -55°C zeigt der NTC-Widerstand einen Widerstand von 4 ΜΩ, woraus ein Spannungsabfall von 1.74 V folgt. An der multistabilen Zelle fallen 1.26 V ab. Da 2.9 V zum Schalten nötig sind, führt dieser Wert noch zu keiner Widerstandsänderung.

[0072] Wenn hingegen die Temperatur auf 0^ steigt, reduziert sich der Widerstand des NTC-Widerstandes auf 100 kQ woraus dann ein Spannungsabfall von 0.09 V resultiert. In diesem Falle liegen an der multistabilen Zelle 2.91 V an. Entsprechend ihrer Charakteristik schaltet die Zelle nun in den niederohmigen Zustand, behält diesen bei und kann zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt ausgelesen werden.

[0073] Tabelle 1: Widerstände und Spannungsabfälle des NTC-Bauelements (Sensorelement) und der multistabilen elektrischen Zelle in Abhängigkeit von der Temperatur

[0074] Ob und bei welcher Temperatur diese multistabile Zelle in ihren niederohmigen Zustand wechselt, hängt letztendlich von der Dimensionierung des NTC-Widerstandes ab, wodurch sich eine Vielzahl an möglichen Einsatzgebieten ergibt.

Claims (16)

1. Patentansprüche 1. Speicher-Sensoranordnung (1,22) mit einem Sensorelement (2) und einem Speicher gekennzeichnet durch zumindest eine Serienschaltung eines Sensorelementes (2), welches unter dem Einfluss zu detektierender physikalischer und/oder chemischer Größen seinen Widerstand ändert, mit einer multistabilen elektrischen Zelle (3), welche beim Anlegen definierter Spannungen ihren Widerstandswert ändert und auch bei Fehlen dieser definierten Spannungen beibehält.
2. 2. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die multistabile elektrische Zelle (3) bistabil ist und zwei stabile Widerstandswerte einnehmen kann.
3. 3. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) und die multistabile Zelle (3) auf einem Träger (6) sandwichartig aufgebaut sind.
4. 4. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) und die multistabile Zelle (3) voneinander räumlich getrennt angeordnet sind.
5. 5. Speicher-Sensoranordnung (1,22) nach Anspruch 1,2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) und die multistabile Zelle (3) auf einem Träger (6) im Wesentlichen komplanar und in Abstand nebeneinander liegen.
6. 6. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die multistabile Zelle (3) bezüglich eines zu detektierenden Mediums versiegelt ist.
7. 7. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (6) aus flexiblem Material besteht.
8. 8. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) eine Konversionsschicht (6) aufweist, welche zu erfassende physikalische und/oder chemische Größen in eine andere detektierbare Größe konvertiert.
9. 9. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsschicht dem Träger (6) inhärent ist.
10. 10. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) als photosensitives Element ausgebildet ist.
11. 11. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet ist.
12. 12. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) als Diode ausgebildet ist.
13. 13. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die multistabile Zelle (3) eine organische bistabile elektrische Zelle ist.
14. 14. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach 13, dadurch gekennzeichnet, dass die multistabile Zelle (3) zwischen Elektroden (25, 27) als organisches Material Alq3 enthält.
15. 15. Speicher-Sensoranordnung (1, 22) nach 13, dadurch gekennzeichnet, dass die multistabile Zelle (3) aus einer zwischen einer Indiumzinnoxidelektrode und einer Silberelektrode liegenden Polystyrolschicht besteht.
16. 16. Speicher-Sensoranordnung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Serienschaltungen (21) eines Sensorelements (2) mit einer multistabilen Zelle (3) an den Kreuzungspunkten von in Reihen und Spalten angeordneten Leitungen (22w, 22b) in einer Matrix angeordnet und je mit einer der beiden Leitungen verbunden sind. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen