FR2493574A1

FR2493574A1 - Circuit de commande d'afficheur electrolytique

Info

Publication number: FR2493574A1
Application number: FR8023380A
Authority: FR
Inventors: Jacques Prunier
Original assignee: EFCIS
Current assignee: EFCIS
Priority date: 1980-10-31
Filing date: 1980-10-31
Publication date: 1982-05-07

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LES CELLULES D'AFFICHAGE ELECTROLYTIQUES. IL EST DECRIT UN CIRCUIT DE COMMANDE D'UNE TELLE CELLULE QUI COMPREND UN AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL A GRAND GAIN 18 AYANT DEUX ENTREES, ET, EN AVAL DE L'AMPLIFICATEUR, UN ETAGE DE SORTIE POURVU D'UNE SORTIE RELIEE A UNE ELECTRODE DE LA CELLULE ELECTROLYTIQUE 10 ET A UNE ENTREE DE L'AMPLIFICATEUR 18, L'AUTRE ENTREE DE CELUI-CI ETANT RELIE, PAR L'INTERMEDIAIRE DE COMMUTATEURS 26 ET 28, A L'UN OU L'AUTRE DE DEUX NIVEAUX DE TENSION FIXES V1 ET V2, ASSERVISSANT AINSI A L'UN DE CES NIVEAUX LA TENSION DE SORTIE APPLIQUEE A LA CELLULE 10. ON S'AFFRANCHIT AINSI DES PROBLEMES DE MODIFICATION DE L'ASPECT DES CELLULES D'AFFICHAGE EN FONCTION DE LA DISPERSION DES RESISTANCES INTERNES DES COMMUTATEURS A TRANSISTORS MOS UTILISES.

Description

CIRCUIT DE COMMANDE
D'AFFICHEUR ELECTROLYTIQUE
La présente invention concerne les cellules d'affichage électrolytique, c'est à dire des cellules comportant un liquide électrolytique et au moins une électrode transparente sur laquelle peut se déposer un métal issu de l'électrolyse lorsque le courant passe dans un premier sens, le métal disparaissant à nouveau par ionisation lorsque le courant passe dans l'autre sens.

Typiquement, on sait réaliser de telles cellules avec pour électrolyte de l'iodure d'argent ; l'argent se dépose sur l'électrode transparente en l'opacifiant lorsque le courant passe dans un sens ; il disparait et rend l'électrode à nouveau transparente lorsque le courant circule dans l'autre sens. Si aucun courant ne circule, la cellule garde en mémoire son état d'affichage, c'est à dire que l'élèctrode reste opaque si le précédent passage de courant a déposé de l'argent, ou bien elle reste transparente si le précédent passage de courant a retiré cet argent.

Le procédé de commande de ces cellules consistait jusqu'à maintenant à mettre la cellule en série avec un commutateur et une tension positive ou négative (pour faire circuler le courant dans un sens ou dans l'autre ou pas du tout).

Cette solution est théoriquement satisfaisante, mais dans la pratique on a cherché à réaliser le-commutateur sous forme intégrée à l'aide de transistors à effet de champ à grille isolée du type MOS (pour Métal-Oxyde
Semiconducteur). I1 se trouve que ces transistors présentent une excellente caractéristique d'isolation dans leur état bloqué (interrupteur ouvert), mais ils possèdent une résistance interne non négligeable lorsqu'ils sont dans leur état de conducteur.

Or l'existence de cette résistance interne, et surtout le fait qu'elle présente une dispersion de fabrication importante, est une source de gêne pour une utilisation dans le circuit de commande d'une cellule électrolytique.

En effet, lorsqu'on utilise le transistor MOS comme commutateur en série avec la cellule et une source de tension constante, la chute de tension aux bornes du transistor (dans son état conducteur) réduit la tension aux bo rnes de la cellule ou modifie le courant qui la traverse, et modifie par conséquent la quantité de métal qui se dépose ou s'ionise par électrolyse.

En particulier d'une cellule à l'autre au sein d'une unité d'affichage, ou d'une unité d'affichage à l'autre, on remarque des différences d'aspect des cellules, dues à la dispersion des résistances internes des transistors MOS qui leur servent de commutateurs. Ces différences d'aspect sont inacceptables pour un affichage de qualité.

Une solution permettant de réduire ces différences consiste à réduire la résistance interne des commutateurs en utilisant des transistors MOS de plus grande géo métrie. La chute de tension étant alors moindre, sa dispersion est également moindre et influe moins sur la tension aux bornes de la cellule. Les différences d'aspect entre cellules s'estompent. Mais cette solution n'est pas souhaitable pour une intégration à grande échelle car il faudrait, pour parvenir à un résultat raisonnable, utiliser des transistors de résistance interne de l'ordre de 20 à 40 ohms, ce qui conduit à des tailles de transistors prohibitives et non justifiées par la puissance à transmettre par ces transistors.

Pour réaliser un affichage de manière satisfaisante en évitant notamment les problèmes mentionnésci- dessus, la présente invention propose d'utiliser pour chaque cellule électrolytique un circuit de commande qui comprend un amplificateur différentiel à grand gain ayant deux entrées, et, en aval de l'amplificateur différentiel, un étage de sortie pourvu d'une entrée de commande de mise en état de haute impédance de sortie et pourvu d'une sortie reliée à une électrode de la cellule électrolytique et à une entrée de l'amplificateur, l'autre entrée de celui-ci étant reliée, par l'intermédiaire de commutateurs, à l'un ou l'autre de deux niveaux de tension fixes.

De cette manière, la cellule est commandée selon trois possibilités
- dans la première, la deuxième entrée de l'amplificateur est reliée à un premier niveau de tension et la tension de sortie appliquée à l'électrode de la cellule électrolytique est asservie par l'amplificateur dif férentiel bouclé à ce premier niveau de tension ; le courant dans la cellule circule dans un sens
- dans la deuxième, la deuxième entrée de l'amplificateur est reliée à un second niveau de tension et la tension de sortie appliquée à l'électrode de la cellule est asservie à ce second niveau de tension ; le courant circule dans l'autre sens
- dans la troisième, la commande d'état haute impédance est actionnée et l'étage de sortie, mis dans cet état, ne laisse plus passer de courant dans la cellule.

L'étage de sortie, capable de délivrer du courant à la cellule soit dans un sens soit dans l'autre pour modifier l'affichage, ou capable d'interrompre ce courant pour garder en mémoire l'affichage, est de préférence cons titué à partir de deux transistors MOS complémentaires en série, montés en étage push-pull, leur point de jonction constituant la sortie de l'étage et étant relié à une électrode de la cellule ; la sortie de l'amplificateur différentiel est reliée, par l'intermédiaire de commutateurs, aux grilles de commande des deux transistors.

Pour realiser la mise en état haute impédance de la sortie de l'étage de sortie à deux transistors MOS on prévoit que la grille de chacun d'eux peut être reliée à sa source oar un commutateur correspondant (réalise de preference lui-même par un transistor 050S), et isolée de l'amplificateur différentiel. L'entrée de corsmande de troisieme état (état haute impédance) de l'étage de sortie est couplée à ces commutateurs.

L'asservissement en tension réalisé maintient à une valeur choisie la tension aux bornes de la cellule l'étage de sortie, lorsqu'il n'est pas dans l'état haute impédance, autorise la circulation d'un courant dans un sens ou dans l'autre en gardant constante la tension aux bornes de la cellule à condition toutefois que la chute de tension dans les transistors MOS de sortie, pour le courant normal d'alimentation de la cellule, n'excéde pas une certaine valeur dépendant de la tension d'alimentation du montage, faute de quoi il y aurait décrochage de l'asservissement qui ne pourrait plus suivre la tension imposée.

Mais, si cette valeur constitue une limite imposant de prendre une géométrie suffisante de transistor ou une tension d'alimentation plus importante, elle ne requiert cependant pas que la résistance du transistor soit extrêmement faible, et, surtout, la dispersion de valeurs de résistance interne des transistors MOS, d'un transistor à un autre ou d'une plaquette intégrée à une autre, n'influe pas sur la valeur de la tension asservie aux bornes de la cellule dans les limites de foncti-onnement de l'asservissement.

De plus, les sources de tension servant à établir les niveaux de tension appropries aux bornes de la cellule n'ont plus besoin d'avoir une très faible impédance (impédance qui, dans l'art antérieur, s'ajoutait à celle des commutateurs pour produire une chute de tension susceptible de modifier l'aspect des cellules d'af- fichage). Ici, les sources de tension sont appliquées à une entrée d'un amplificateur à grand gain et ne débitent pratiquement pas de courant.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 represente une cellule électrolytique alimentée selon la technique de l'art antérieur
- la figure 2 représente un schéma simplifié du circuit de commande selon l'invention
- la figure 3 en représente un schéma plus détaillé.

On a représenté à la figure 1, une cellule d'affichage électrolytique 10, par exemple une cellule à l'iodure d'argent, alimentée selon la technique antérieure, c'est à dire par l'une ou l'autre de deux sources de tension 12 et 14, un commutateur 16 étant prévu pour renier la cellule 10 soit à la source de tension 12, soit à la source de tension 14.

Par exemple, la source de tension 12 fournit une tension V positive et la source de tension 14 fournit la tension V négative et proche en valeur absolue de V.

Lorsque le commutateur 16 relie la cellule 10 et la source 12, le courant dans la cellule circule dans un premier sens ; lorsque le commutateur 16 relie la cellule 10 à la source 14, le courant circule dans le sens inverse ; ces deux sens correspondent respectivement à un dépot d'argent et à l'élimination de ce dépot ; si le commutateur 16 ne relie la cellule ni à la source 12 ni à la source 14, aucun courant ne passe dans la cellule et celleci reste dans l'état où elle était précedemment, c'est à dire avec ou sans dépot d'argent.

Lorsqu'on a cherché à réaliser le commutateur 16 à l'aide de transistors MOS intégrés, on s'est aperçu que la résistance interne des transistors réduisait de manière inacceptable la tension aux bornes de la cellule 10, obligeant à prévoir une source de tension 12 ou 14 suffit sament élevée pour tenir compte de cette chute de tension pour le courant normal d'alimentation de la cellule. Par exemple, si la cellule doit être alimentée sous 1,5 v envi- ron et avec un courant de Sma, une résistance de commutateurs de quelques centaines ohms suffit à introduire une chute de tension de plusieurs volts et à obliger à prendre une source de tension de 5 à 6 volts.

De plus et surtout; si on prévoit une source de tension unique pour plusieurs transistors, on s'aper çoit que la chute de tension n'est pas la même aux bornes de tous les transistors à cause de la dispersion de fabrication de ceux ci, et par conséquent que la tension d'alimentation aux bornes de la cellule proprement dite n'est pas du tout constante et produit des différences d'aspect de cellules considérables.

Le schéma de la figure 2 montre comment on peut, selon l'invention, éviter d'avoir à utiliser des transistors MOS de taille importante donc de résistance interne faible dans leur état conducteur pour éliminer le problème des variations de tension aux bornes de la cellule et les variations d'aspect d'affichage qui en résultent.

Sur la figure 2, on voit encore la cellule 10 qui est plaçée en sortie d'un ensemble d'amplification comprenant d'une part un amplificateur différentiel 18 à deux entrées, l'une inverseuse et l'autre non-inverseuse, et d'autre part un étage de sortie 20 qui est capable de dé- biter du courant vers la cellule ou d'absorber du courant en provenance de celle ci, et qui comporte une entrée de commande de troisième état pour placer la sortie de cet etage 20 dans un état de haute impédance et empechant la circulation de courant dans la cellule 10.

La sortie de l'étage 20 est reliée à une entrée de l'amplificateur différentiel 18, ici 11 entrée noninverseuse si on suppose que l'étage 20 est un étage ayant une fonction inverseuse.

L'autre entrée de l'amplificateur 18 est reliée à l'une ou l'autre de deux sources de tension 22 et 24, de niveaux de tension respectifs V1 et V2, la liaison s'effectuant par l'intermédiare de deux commutateurs 26 et 28 pour qu'une seule à la fois des sources 22 et 24 puisse être connectée à l'amplificateur 18.

L'amplificateur différentiel 18 est un amplificateur à grand gain, ou plus exactement l'ensemble des étages 18 et 20 possède un grand gain par rapport au signal d'entrée différentiel, de sorte que le bouclage de la sortie sur l'entrée fait en sorte que la tension de sortie de l'étage 20 soit en permanence asservie à la tension présente sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel.

Si la source de tension 22 est reliée à l'entrée inverseuse, on retrouvera à la sortie de l'étage 20, c'est à dire sur une électrode de la cellule 10, sensiblement un niveau de tension égale à V1 ; si c'est la source 24 qui est reliée par le commutateur 28 à l'amplificateur 18, on retrouvera sur la première électrode de la cellule une tension sensiblement égale à V2.

L'influence de la résistance interne des commutateurs 26 et 28, de même d'ailleurs que l'influence de la résistance interne des sources de tension 22 et 24, ne se fait plus du tout sentir sur la tension appliquée à la cellule 10. Les sources 22 et 24 peuvent être d'ailleurs des sources à haute impedance pourvu que cette impédance reste nettement inférieure à l'impédance d'entrée de mode commun de l'amplificateur 18.

Comme on peut le voir sur la figure 2, on a prévu que l'autre électrode de la cellule 10, c'est à dire celle qui n'est pas connectée à la sortie de l'étage 20, est reliée à une tension de polarisation Vp, qui est choisie en fonction de considérations pratiques que l'on verra plus tard. En particulier, si on souhaite éviter d'avoir à produire en sortie de l'étage 20 une tension soit positive soit négative pour faire circuler le courant dans un sens ou dans l'autre, on peut prendre une tension de polarisation Vp superieure à la tension de fonctionnement normal de la cellule (par exemple 1,5 volts).

On a représenté à la figure 3, un schéma plus détaillé d'un circuit de commande selon l'invention, avec en particulier le détail de l'étage de sortie 20.

Sur ce schéma ont été figurés de manière symbolique un certain nombre de commutateurs, qui sont constitués par des transistors MOS commandés à partir d'un circuit de commande non représenté capable de donner soit un ordre d'affichage à la cellule (dépot d'argent par exemple), soit un ordre d'effacement (élimination de l'argent), soit un ordre de conservation en mémoire de l'état précédent.

Ce circuit de commande non représenté délivre sur des connections de commande indiquées en pointil16 vers les commutateurs du schéma des impulsions de durée calibrée (au moins pour l'affichage et l'effacement).

L'étage de sortie 20 comprend essentiellement deux transistors MOS complémentaires, 30 (canal p) et 32 (canal n) placés en série à la manière d'un étage pushpull, le point de jonction des transistors constituant la sortie de l'étage 20 reliée à une électrode de la cellule 10 (l'autre électrode étant à la tension de polarisation
Vp). Les grilles de commande des transistors MOS 30 et 32 sont reliées, par l'intermédiaire de commutateurs respectifs 34 et 36 (transistors MOS), à la sortie de l'amplificateur différentiel 18. Par ailleurs, les grilles de commande peuvent aussi être reliées aux sources des transistors 30 et 32 pour les bloquer, ceci grace à des interrupteurs respectifs 38 et 40.

Les commutateurs 34, 36, 38 et 40, cons titués par des transistors MOS, sont commandés simulta nément :par une entrée de commande de troisième état (représentée en traits tiretés) pour mettre l'étage de sortie 20 dans le troisième état de haute impédance lorsqu'il y a lieu de conserver en mémoire l'affichage de la cellule 10.

Dans le troisième état de l'étage de sortie 20, les interrupteurs 38 et 40 sont fermés tandis que les interrupteurs 34 et 36 sont ouverts pour que les grilles des transistors 32 soient reliées aux sources respectives des transistors, et les interrupteurs 34 et 36 sont ouverts pour isoler ces grilles de la sortie de l'amplificateur différentiel 18. Dans ces conditions les deux transistors 30 et 32 sont bloqués et aucun courant ne peut passer dans la cellule 10.

En dehors de ce troisième état, les commutateurs 38 et 40 sont ouverts, tandis que les commutateurs 34 et 36 sontfermés pour relier les grilles des transistors uniquement à la sortie de l'amplificateur différentiel 18. Simultanément, l'un des commutateurs 26 et 28 est fermé et la tension sur la première électrode de la cellule 10 est asservie au niveau de tension V1 ou V2 en effet, si la tension aux bornes de la cellule 10 est trop forte, l'amplificateur réduira la conduction du transistor 30 et augmentera la conduction du transistor 32 pour réduire cette tension. Réciproquement, si elle est trop faible, l'amplificateur différentiel commandera les transistors de manière à la rétablir.

Bien entendu, la tension de sortie de l'e- tage 20 suit la tension V1 ou V2 à la tension d'écart prés de l'amplificateur 18. Cette tension d'écart peut être inférieure à 30 mv, ce qui est satisfaisant.

La résistance interne en conduction des transistors 30 et 32 n'a pas d'influence sur la tension aux bornes de la cellule pourvu que l'asservissement ne décroche pas, c'est à dire pourvu que la tension de polarisation Vc (aux bornes de l'ensemble en série des transistors 30 et 32) et la tension de polarisation Vp de la cellule soient suffisantes pour permettre un débit de courant normal dans la cellule 10 sans que la chute de tension introduite par les transistors 30 et 32 réduise à une valeur inférieure à la normale la tension aux bornes de la cellule.

En d'autres mots, on doit s'assurer que si la résistance des transistors est R dans leur état de conduction et si le courant et la tension normales d'alimentation de la cellule 10 sont I et V, alors
Vc - Vp > V + RI
Vp > V + RI par raison de symétrie, et pour utiliser une tension d'alimentation Vc la plus petite possible, on voit qu'il est particulierement approprié de prendre une tension Vp égale à la moitié de la tension d'alimentation Vc, et de prendre cette tension Vp égale à la tension de la cellule aditionnée de la chute de tension maximale que l'on peut prévoir dans les transistors pour l'intensité normale d'alimentation de la cellule.

Ainsi, en supposant que la tension d'alimentation normale de la cellule est de 1,5 volt, que le courant normal est de 5 ma., et que la résistance des transistors en état de conduction maximale est d'environ 400 ohms, on voit qu'il faut prevoir une tension de polarisation Vp au moins égale à 3,5 volts et une tension d'alimentation Vc d'au moins 7 volts. Si ces valeurs de tension sont adop tées, il n'y a aucun problème pour arriver à maintenir la tension voulue aux bornes de la cellule avec le courant voulu, et on choisira comme niveaux de tension V1 et V2 des sources 22 et 24 en amont de l'amplificateur 18, des valeurs respectives V1 = Vp - V (donc par exemple 2 volts) et V2 = Vp + V (donc par exemple 4,5 volts).

On notera que des transistors MOS ayant une résistance de plusieurs centaines d'ohms sont des transistors ayant une géométrie suffisamment faible pour convenir dans l'application qui est envisagée ici. De plus, si cette résistance interne présente une certaine dispertion entre des transistors d'un même circuit intégré ou entre des circuits intégrés différents, il suffit de pré- voir que la tension d'alimentation Vc et la tension de polarisation Vp sont suffisantes pour permettre le fonctionnement de l'asservissement même dans le cas de la plus forte valeur de résistance. Dans ces conditions, grace à l'asservissement, la dispersion de résistances des transistors n'a pas d'influence sur la tension d'alimentation des cellules et celles ci ne présentent pas les differences d'aspect qui sont préjudiciables à la qualité de l'affichage.

Claims

REVENDICATIONS

1. Circuit de commande d'une cellule d'affichage électrolytique, caractérisé par le fait qu'il comprend un amplificateur différentiel à grand gain ayant deux entrées, et, en aval de l'amplificateur, un étage de sortie pourvu d'une entrée de commande de mise en état de haute impédance de sortie et pourvu d'une sortie reliée à un électrode de la cellule électrolytique et à une entrée de l'amplificateur, l'autre entrée de celui-ci étant reliée, par l'intermédiaire de commutateurs, à l'un ou l'autre de deux niveaux de tension fixes, asservissant ainsi à l'un de ces niveaux la tension de sortie appliquée à la cellule.

2. Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étage de sortie comprend deux transistors MOS complémentaires en série, montés en etage push-pull, leur point de jonction constituant la sortie de l'étage et étant relié à une électrode de la cellule, la sortie de l'amplificateur différentiel étant reliée, par l'intermédiaire de commutateurs, aux grilles de commande des deux transistors.

3. Circuit de commande selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la grille de chaque transistor peut être reliée à sa source ou isolée d'elle par un commutateur correspondant, la commande de ces commutateurs constituant l'entrée de commande d'état haute impédance de l'étage de sortie.

4. Circuit de commande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'autre électrode de la cellule est reliée à une tension de polarisation égale à la moitié de la tension continue appliquée à l'ensemble des deux MOS en série.

5. Circuit de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'autre électrode de la cellule est reliée à une tension de polarisation egale à au moins la tension à appliquer à la cellule ad ditionnée de la chute de tension maximale prévisible dans chaque transistor MOS en état de conduction.

6. Circuit de commande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la tension continue appliquée à l'ensemble en série des deux transistors est au moins égale à la tension de polarisation ap pliquée à l'autre électrode de la cellule ajoutee à la tension à appliquer à la cellule et à la chute de tension maximale prévisible dans chaque transistor MOS en état de conduction.