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Verfahren und Anordnung zum Betreiben einer
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Elektrochrom-Zelle Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Betreiben einer Elektrochrom-Zelle (EC-Zelle), der zum Einschreiben eines Zeichens
eine Anzahl von Stromimpulsen der ersten Polarität und zum Löschen eine Anzahl'von
Stromimpulsen der zweiten Polarität zugeführt wird, bei dem in den Impulspausen
die Spannung der EC-Zelle sensiert und der Strom abgeschaltet wird, wenn die Zelle
auf eine erste Spannung beziehungsweise zweite Spannung aufgeladen ist.
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Ein solches Verfahren ist bereits in einer älteren Anmeldung vorgeschlagen
worden. Es hat zum Ziel, eine EC-Zelle so zu betreiben, daß eine irreversible Schädigung
der Zelle durch überladen sowohl beim Schreiben als auch beim Löschen ausgeschlossen
ist. Bei diesem Verfahren wird der Schreib strom und der Löschstrom für jedes Zeichen
impulsförmig unterbrochen und die Impulspausen werden zur Messung der Zellenspannung
benutzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein anderes Verfahren zum
Betreiben einer EC-Zelle anzugeben, das auf dem eingangs genannten Verfahren aufbaut.
Außerdem soll eine einfache Anordnung zum Durchführen des Verfahrens angegeben werden.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Impulse
der ersten und der zweiten Polarität als Äquivalent für die Höhe der ersten beziehungsweise
zweiten Spannung getrennt gespeichert wird, daß der Zelle
anschließend
an diesen Impulszyklus (PrUfzyklus) Schreibimpulse der ersten Polarität und Löschimpulse
der zweiten Polarität zugeführt werden, deren Dauer jeweils der Summe der entsprechenden
Impulse des Prüf zyklus wenigstens annähernd entspricht, daß nach jedem Schreibimpuls
und Löschimpuls die Leerlaufspannung der Zelle sensiert und mit der ersten beziehungsweise
zweiten Spannung verglichen wird, und daß jeder folgende Schreib-beziehungsweise
Löschimpuls in Abhängigkeit vom Vergleich des jeweils vorhergehenden Impulses mit
der ersten beziehungsweise zweiten Spannung bei Nichtübereinstimmen von Leerlaufspannung
mit erster beziehungsweise zweiter Spannung um einen vorgewählten, festen Betrag
verkürzt oder verlängert wird.
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Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und Weiterbildungen
dieser Anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung wird an Hand eines Blockschaltbildes (Fig. 1) und eines
Impulsdiagramms (Fig. 2) näher erläutert: Die EC-Zelle in Fig. 1 ist mit 1 bezeichnet.
Sie hat eine Rückelektrode 2, die elektrisch mit dem Pluseingang eines Komparators
3 und mit dem Minuseingang eines Komparators 4 verbunden ist. Der Minuseingang des
Komparators 3 liegt über den Abgriff eines Potentiometers 5 an einer Klemme 7 mit
der Spannung +UB. Der Pluseingang des Komparators 4 liegt über den Abgriff eines
zweiten Potentiometers 6 an einer Klemme 8 mit negativer Spannung -U3. Mit der Rückelektrode
2 sind die Kollektoren zweier Schalttransistoren 9, 10 verbunden, deren Emitter
an den Klemmen 7, 8 liegen. Die Komparatoren 3, 4 sind handelsübliche Typen, zum
Beispiel TBB 0447 der Anmelderin. Ihre Eingänge sind jeweils mit einem Ausgang SA
und SB ei-
ner zentralen Steuereinheit 12 verbunden. Diese kann
ein Mikroprozessor sein. Die Basisanschlüsse der Schalttransistoren 9, 10 sind mit
je einem Ausgang A, B der Steuereinheit 12 verknüpft. Ist die Steuereinheit, wie
erwahnt, ein Mikroprozessor, so wird zwischen die Ausgänge A und B und die Basisanschlüsse
der Schalttransistoren 9, 10 ein Spannungspegelwandler 11 geschaltet. Dieser Wandler
11 dient dazu, die TTL-Ausgänge A und B mit einem Pegel von 0 ... 5 V in geeignete
Steuerspannungen für die Schalttransistoren umzuwandeln, die beispielsweise -5 V
bis +5 V benötigen. Als Wandler kann die handelsübliche Type CD 40109 B verwendet
werden.
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Die Funktion der Anordnung beziehungsweise das Verfahren wird an Hand
des Impulsdiagramms nach Fig. 2 beschrieben, das den zeitlichen Ablauf der Impulsfolgen
an der Schnittstelle S (Fig. 1) darstellt. Beim Einschalten der EC-Zelle 1 wird
zunächst am Ausgang A eine Serie von Prüfimpulsen (Schreiben) ausgesandt. Diese
sind durch die Länge ß tA und durch Impulspausen der Länge ß t gekennzeichnet. Die
Impulse öffnen den Schalttransistor 9 periodisch, so daß die EC-Zelle 1 über die
Klemme 7 periodisch einen Ladestrom in Form von Impulsen der ersten Polarität erhält.
In den Impulspausen wird der Transistor 9 gesperrt und die Spannung der EC-Zelle
liegt am Pluseingang des Komparators 3. Die Ausgangsspannung des Komparators 3 liegt
am Eingang SA der Steuereinheit 12 an.
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-Wird in einer Impulspause ß t festgestellt, daß die durch das Potentiometer
5 eingestellte Bezugsspannung U51 erreicht oder überschritten ist, so tritt am Ausgang
des Komparators 3 und damit am Eingang SA der Pegel logisch "H' (hoch) auf und bleibt
auch nach der nächsten positiven Flanke im Zeitraum t1 bis t2 am Ausgang A erhalten.
Dieses Kriterium verarbeitet die Steuereinheit 12 dahingehend, daß die Anzahl der
Impulse A tA als Äquivalent der Höhe der ersten Spannung gespeichert wird.
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Nach einer Zeit #t zum Zeitpunkt t2 sendet der Ausgang B Prüfimpulse
für den Löschvorgang aus, die durch die Länge t tB und die Impulspause ß t gekennzeichnet
sind.
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Diese Prüfimpulse öffnen den Schalttransistor 10 periodisch und legen
die Rückelektrode 2 der EC-Zelle 1 periodisch an negative Spannung -U3. In den Impulspausen
wird der Transistor 10 gesperrt und die Spannung der EC-Zelle liegt am Minuseingang
des Komparators 4. Nach einer Anzahl von Prüfimpulsen AtB ist diese Spannung mindestens
gleich der zweiten Bezugsspannung Us2, die am Pluseingang des Komparators 4 anliegt.
Zur Zeit t4 signalisiert der Komparator 4 am Eingang S3 daher logisch "H". Nun wird
die Anzahl der auf dem Eingang S3 eingelaufenden Prüfimpulse für den Umladevorgang
(Löschen) gespeichert. Damit ist der Prüfzyklus, in Fig. 1 mit P bezeichnet, beendet.
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Nun schließt sich der erste Schreib- und Löschzyklus (A 1) an. Am
Ausgang A erscheint ein Schreibimpuls der Länge TA, der der Summe der Prüfimpulse
AtA entspricht.
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Dieser Schreibimpuls öffnet den Transistor 9 und in die EC-Zelle 1
werden ein oder mehrere Zeichen eingeschrieben, abhängig davon, ob die Vorderelektroden
hochohmig abgeschaltet sind oder an Masse liegen. Der Schreibimpuls endet zur Zeit
t6. Im Zeitraum #t zwischen der Zeit t6 und t7 wird in der Steuereinheit geprüft,
ob am Ausgang des Komparators 3 der Pegel "H" oder "L" anliegt. Hierbei bedeutet,
wie im Prüfzyklus, Pegel "H", daß der Ladezustand der EC-Zelle 1 erreicht ist, während
Pegel "L" bedeutet, daß der Ladezustand nicht erreicht wurde. Im Zeitraum At zwischen
t6 und t7 wird am Eingang SA Pegel "H signalisiert. Dies bedeutet, daß am Ende des
Schreibimpulses TA die Bezugsspannung U51 erreicht oder überschritten sein kann.
Der Pegel H steuert dann die Steuereinheit 12 derart, daß der nächste Schreibimpuls
um den Betrag #t verkürzt wird. Dieser
Schreibimpuls (Zeile A) hat
dann die Länge TA' = TA - #t. Zum Zeitpunkt t11 wird dann wiederum abgetastet, ob
am Ausgang des Komparators 3 Pegel H" oder t?Lfl anliegt. In dem Zeitraum #t zwischen
t11 und t12 werde nun festgestellt, daß Pegel i'L" anliegt, der Ladezustand also
nicht erreicht wurde. Damit wird die Steureinheit 12 derart gesteuert, daß der nächste
Schreibimpuls um den Betrag tt verlängert wird und so weiter.
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Nach dem ersten Schreibimpuls, der zur Zeit t6 beendet ist, wird zur
Zeit t7 der erste Löschimpuls am Ausgang B ausgesandt. Dieser öffnet den Transistor
10 und lädt die EC-Zelle 1 um. Die Länge des Löschimpulses T3 entspricht dabei der
Summe der Prüfimpulse #tB. Zum Zeitpunkt t7 tritt am Ausgang des Komparators 4 Pegel
"H" auf. Hört der Löschimpuls T3 zum Zeitpunkt t8 auf, so wird im Zeitraum At wiederum
sensiert, ob die zweite Bezugsspannung U52 erreicht ist. Im Ausführungsbeispiel
ist das nicht der Fall, das heißt, daß zwischen der Zeit t8 und tg der Pegel am
Eingang S3 auf t'Lt' fällt. Dieses Signal bewirkt in der Steuereinheit 12, daß der
nächste, zur Zeit t12 ausgesandte Löschimpuls um den Betrag #t verlängert wird.
Er dauert daher nicht bis zur Zeit t13, sondern bis zur Zeit t14. Damit ist der
zweite Arbeitszyklus A2 beendet und das beziehungsweise die Zeichen sind gelöscht.
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Dadurch, daß die Länge -der Schreib- und Löschimpulse dauernd korrigiert
wird, können Temperaturschwankungen und Spannungsschwankungen, die während einer
längeren Betriebsdauer der EC-Zelle auftreten, fortlaufend ausgegleichen werden.
Zur Korrektur genügen kleine Beträge, da die Grobeinstellung der Schreib- und Löschimpulse
durch den Prüfzyklus P annähernd ermittelt wurde. Dieser Prüfzyklus P wird zweckmäßigerweise
jeder Inbetriebnahme der EC-Zelle vorangeschaltet. Mit diesem Verfahren und der
beschriebenen
Schaltung wird die Aufladung und die Umladung der Zelle auf ein für sie verträgliches
Maß beschränkt, so daß irreversible Schäden an der Zelle vermieden werden können.
Der Schreibstrom und der Löschstrom kann optimal ausgelegt werden, so daß die Umschaltzeit
klein gehalten werden kann. Da die Schreib-und die Löschspannung an die technologische
Grenze der Zelle gelegt werden kann, kann die Zelle mit gutem Kontrast anzeigen.
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2 Figuren 4 Patentansprüche
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