DE2902300A1

DE2902300A1 - Elektronischer kleinrechner

Info

Publication number: DE2902300A1
Application number: DE19792902300
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kodaira
Original assignee: Beam Engineering KK
Current assignee: Beam Engineering KK
Priority date: 1978-02-07
Filing date: 1979-01-22
Publication date: 1979-08-09
Also published as: US4264962A; GB2013976A

Description

Firma BEAM ENGINEERING KABUSHIKI KAISHA, 4-8-3, Iidabashi, Chiyoda-Ku, Tokyo-To, Japan

Elektronischer Kleinrechner

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Kleinrechner.

Elektronische Tischrechner und tragbare elektronische Rechner sind allgemein bekannt- Einige von ihnen sind an das Wechselstromnetz anschließbar, während viele geeignete Primärbatterien, wie Silberoxidzellen, Lithiumzellen oder Manganzellen verwenden. Batteriegespexste Rechner sind vorteilhaft, weil sie nicht an das Netz gebunden sind und an jeder beliebigen Stelle arbeiten können. Insbesondere sind tragbare elektronische Rechner bekannt, welche die Größe einer üblichen Kreditkarte besitzen und eine dünne Silberoxidbatterie verwenden. Die Lebensdauer einer solchen üblichen Batterie ist verhältnismäßig kurz, weil der Benutzer oft vergißt, die Batterie abzuschalten, wenn der Betrieb des Rechners unterbrochen ist. Es ist für den Benutzer mühsam, eine verbrauchte kleine Batterie gegen eine neue auszutauschen. Da ferner eine Erschöpfung des Silbervorkommens zu erwarten ist, besteht ein großes Bedürfnis nach elektronischen Rechnern, die keine Primärbatterie benötigen.

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Andererseits sind Solarbatterien auch allgemein bekannt. Es sind Einkristall-Siliziumfotozellen entwickelt worden und benutzt worden. Einkristall-Silizium wird sehr häufig als Fotosperrschicht von Solarbatterien verwendet, weil es in der Halbleitertechnik üblich ist und einen hohen Wirkungsgrad der Umwandlung von Fotoenergie in elektrische Energie pro Flächeneinheit besitzt.

Einkristall-Silizium ist vorteilhaft in der Umwandlung des Wirkungsgrades, wie oben beschrieben. Jedoch ist der Einzelkristall teuer, in seiner Oberfläche verhältnismäßig klein, und er zerbricht leicht auch bei niedriger mechanischer Biegespannung und Schlagspannung. Bei der Verwendung einer Einkristall-Siliziumfotozelle als Stromquelle für einen elektronischen Rechner müssen eine Vielzahl solcher Fotozellen in Reihe geschaltet werden, um die Ausgangsspannung zu erhöhen. Die elektrische Verbindung der Einkristall-Silizium-Chips erhöht die Kosten und die Gefahr eines Fehlers aufgrund einer Unterbrechung.

Die Forderung nach elektronischen Rechnern, die weder den Austausch einer Batterie noch eine Batterieladung erfordern, ist sehr groß. Es ist offensichtlich, daß elektronische Rechner in Entwicklungsländern umfangreich verwendet werden, wenn diese keine Primärbatterien benötigen. Stark gesucht ist ein Elektronenrechner, der als elektrische Stromquelle eine Solarbatterie enthält, die nicht teuer ist, die leicht herstellbar ist und leicht zusammensetzbar ist und die möglichst wenige Fehler im Vergleich mit einer Einkristall-Silizium-Solarbatterie aufweist.

Ziel der Erfindung ist es, die obengenannten Probleme, die mit den bekannten Elektronenrechnern zusammenhängen, zu lösen, und einen

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neuen elektronischen Kleinrechner zu schaffen, der keine Primärbatterie benötigt und bei dem weder ein Austausch der Batterie noch eine Aufladung der Batterie erforderlich ist, wobei der Rechner eine lange Lebensdauer besitzt.

Gemäß der Erfindung ist ein elektronischer Kleinrechner vorgesehen, der aus einem eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung enthaltenden Rechnerkörper und einer Solarbatterie als elektrische Stromquelle besteht, wobei die Solarbatterie einen Film aus amorphem oder polykristallinem fotoleitendem Material als Fotosperrschicht aufweist. Die Solarbatterie besteht aus einer Zelle, bei welcher entweder ein Film aus amorphem Silizium auf einer Eisenplatte abgelagert ist, oder ein Film aus polykristallinem Selen auf einer Aluminiumplatte oder ein Film aus polykristallinem Galliumarsenid auf einer Nickelplatte.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Solarbatterie, die für die Verwendung in einem erfindungsgemäßen elektronischen Rechner geeignet ist,

Fig.2A eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rechners in geöffnetem Zustand,

Fig.2B einen Querschnitt durch den Rechner nach Fig. 2A in halb geschlossenem Zustand,

Fig. 3 einige Ausführungsbeispiele von für die Erfindung verwendeten Verbxndungselementen,

Fig.4A eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung in geöffnetem Zustand,

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Fig.4B eine perspektivische Ansicht des Rechners nach Fig. 4A in geschlossenem Zustand,

Fig.5, Schnittdarstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele 6 + 7

von Elementen für die Befestigung des Rechnerkörpers an dem Tragelement,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles einer Schaltung zur Verhinderung einer Überspannung, wie sie für die Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Rückstellschaltung, wie sie in dem erfindungsgemäßen Rechner verwendet werden kann,

Fig.10 ein Blockschaltbild, welches eine Abwandlung des erfindungsgemäßen elektronischen Rechners darstellt,

Fig.11 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10, und

Fig.12, grafische Darstellungen von Kurven zur Erläuterung einer

gewünschten Kombination der Fläche einer Zelle der Solarbatterie und der Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen gemäß der Erfindung.

Bisher hat man Solarbatterien aus Einkristall-Silizium im allgemeinen in Form eines Chips von weniger als 1 mm Dicke verwendet, um die Kosten zu verringern und die Leistung zu verbessern. Ein solcher Chip neigt aber dazu, zu brechen. Außerdem müssen eine Vielzahl von Einkristall-Siliziumzellen in Reihe geschaltet werden, um eine Ausgangsspannung zu erhalten, die für den Betrieb des Rechners ausreicht. Eine Serienschaltung erhöht aber die Kosten und verringert die Zuverlässigkeit.

Gemäß der Erfindung besitzt eine Solarbatterie einen Film aus amorphem oder polykristallinem fotoleitendem Material als Foto-

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sperrschicht. Bevorzugte fotoleitende Materialien sind Selen, Silizium und Galliumarsenid. In der folgenden Beschreibung ist polykristallines Selen als typisches Beispiel gewählt. Selen ist nicht nur frei von den obengenannten Mängeln des Einkristall-Siliziums, sondern es hat auch wünschenswerte Eigenschaften für die Fotosperrschicht einer Solarbatterie für die Verwendung in einem elektronischen Rechner. Ein Nachteil von Selen ist nur der geringe Umwandlungswirkungsgrad, der einen größeren Oberflächenbereich als bei Silizium erfordert.

In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Solarbatterie dargestellt, die für die Verwendung gemäß der Erfindung geeignet ist. Diese Batterie ist in einem Querschnitt gezeigt. Die dargestellte Solarbatterie wird erhalten durch Dampfablagerung auf einer isolierenden Unterlage 1, wobei eine geeignete Maske verwendet wird, um eine Aluminium- oder Wismutschicht 2 zu erzeugen, die eine Dicke von ungefähr 10 μπι besitzt. Die Aluminium- oder Wismutschicht 2 dient als eine Elektrode und zur Herstellung der Reihenschaltung. Auf der Schicht 2 wird Selen aus Dampf abgelagert, um einen Selenfilm 3 zu bilden, der eine Dicke von ungefähr 50 μπι aufweist und der dann warm behandelt wird, so daß der Selenfilm 3 polykristallin wird. Auf den Selenfilm 3 wird dann eine Kadmiumschicht 4 aufgesprüht, um dazwischen einen pn-übergang zu bilden. Die Kadmiumschicht 4 ist etwa 0,3 μπι dick, so daß einfallendes Licht diese Schicht durchdringen kann und eine Zwischenfläche zwischen den Schichten 3 und 4 erreicht. Die Kadmiumschicht 4 dient als andere Elektrode. Zusätzlich kann wahlweise auf die Kadmiumschicht 4 eine transparente leitfähige Farbe aufgesprüht werden, um' die elektrische Leitung zu erhöhen. Kadmium kann in einemvorbestimmten Muster aufgesprüht werden, um Verbindungsklemmen und Leitun-

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gen zu bilden. Auevßrdem kann eine Antireflexions-Schicht aufgebracht werden. In Fig. 1 sind die Schicht aus transparenter leitender Farbe und weitere zusätzliche Schichten nicht dargestellt.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist die Kadmiumschicht 4 auf die Selenschicht 3 aufgebracht, und sie erstreckt sich seitlich soweit, daß sie eine Kante der benachbarten Aluminiumelektrode 2 erreicht. Mit anderen Worten, es wird die Kadmiumschicht 4 so aufgebracht, daß sie einen pn-übergang mit dem Selenfilm 3 bildet, um eine Fotozelle und auch eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Fotozellen herzustellen. Diese Vorteile werden durch die Verwendung von Selen erreicht, jedoch nicht durch Verwendung vin Einkristall-Silizium. Es wird sichergestellt, daß eine Solarbatterie mit einer verhältnismäßig großen Oberfläche leicht und mit geringen Kosten herstellbar ist.

Die Materialien für die isolierende Unterlage 1 umfassen ein Glasgewebe, das mit Polyester imprägniert ist, eine eloxierte Aluminiumplatte, eine Polykarbonatplatte, eine Glasplatte und dergleichen. In jedem Falle sollte die Unterlage flexibel und dünn sein, wie etwa 0,5 mm.

Die Aluminium- oder Wismutelektrode 2, der fotoelektrische Selenfilm 3 und die Kadmiumschicht 4 und andere Schichten können durch Ablagerung aus der Dampfphase oder Aufsprühen hergestellt werden, so daß die sich ergebende Struktur sehr dünn und leicht ist und somit gegen Biegebeanspruchungen und Schlagbeanspruchungen widerstandsfähig ist, was im Hinblick auf die Stromquelle eines elektronischen Kleinrechners günstig ist.

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Gemäß der Erfindung wird die Solarbatterie unter Verwef amorphem Silizium und polykristallinem Selen und Galliumarsenid hergestellt. Bei Verwendung von amorphem Silizium wird ein Siliziumfilm auf einer Eisenplatte abgelagert durch Auflösung von Silizium unter Verwendung von Glimmentladung bei niedrigem Druck von 10 mm/cm², und es wird ein pn-übergang durch Dampfablagerung von Platin auf dem Siliziumfilm erzeugt. Bei Verwendung eines Galliumarsenidfilms wird dieser auf einer Nickelplatte aus der Dampfphase abgelagert und dann durch Wärmebehandlung polykristallin gemacht, und es wird ferner ein Germaniumfilm durch Aufsprühen oder Zerstäuben aufgebracht.

Da die fotoelektromotorische Kraft, der Ausgangsstrom und der Wirkungsgrad usw. je nach verwendeten Substanzen verschiedene Werte haben, werden die Substanzen unter Berücksichtigung einer leichten Herstellung ausgewählt.

Beispielsweise bei Verwendung einer Solarbatterie mit einem amorphen Siliziumfilm ergeben sich für die fotoelektromotorische Kraft in unbelastetem Zustand, für den Ausgangsstrom bei Kurzschluß und den Wirkungsgrad folgende Werte: 0,8 bis 0,6 V, 12 mA/cm² und 2,4 bis 4%. Bei Verwendung einer Solarbatterie aus einem polykristallinen Galliumarsenidfilm sind die Werte: 0,7 V, 25 mA/cm² und 14%. Ferner sind diese Werte bei Verwendung einer Solarbatterie aus einem polykristallinen Selenfilm folgende: 0,4 V, 0,3 mA/cm² und 1,2%. Demgemäß hat die Solarbatterie aus einem polykristallinen Selenfilm keine so hohe Leistung in bezug auf alle betrachteten Punkte. Da aber Selen einen niedrigen Schmelzpunkt hat, kann eine Solarbatterie aus polykristallinem Selenfilm leicht und mit niedrigen Kosten hergestellt werden,

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während die fotoelektromotorische Kraft pro Flächeneinheit einen sehr niedrigen Wert hat, der etwa einem Zehntel des Wertes von Einkristall-Silizium entspricht.

Jedoch hat Selen eine spektrale Empfindlichkeitskurve ähnlich der visuellen Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges. Deshalb ist die fotoelektromotorische Kraft von Selen im wesentlichen . gleich derjenigen von Silizium, wenn die Fotozellen in Büroräumen oder Wohnräumen verwendet werden, die im wesentlichen künstlich beleuch-tet sind, wie z.B. durch Leuchtstofflampen. Ferner hat der fortschrittliche Rechner eine Flüssigkristallanzeige und einen LSI-Rechenteil, so daß die erforderliche elektrische Lei-

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stung sehr klein ist, z.B. ,etwa 60 μW (60 χ 10 Watt beträgt.

Dieser sehr kleine Leistungsverbrauch ermöglicht es, daß der Rechner vollständig durch eine Selen-Solarbatterie gespeist wird, die in ihrem Wirkungsgrad niedrig ist und die leicht in einer Reihenschaltung hergestellt werden kann.

Um eine Solarbatterie als Stromquelle eines elektronischen Kleinrechners verwenden zu können, kann die Solarbatterie in den Körper des Rechners eingebaut werden. Der Oberflächenbereich der Fotosperrschicht ist in diesem Falle umvermeidlich klein, wodurch die möglichen Bedingungen, unter denen der Rechner arbeiten kann, begrenzt sind. In der Praxis ist es vorteilhaft, den Rechnerkörper und die Solarbatterie getrennt anzuordnen, so daß die Solarbatterie dem Rechnerkörper Leistung aufgrund von einfallendem Licht nur dann liefert, wenn sich der Rechner in Betrieb befindet. Wenn aber die Größe des Rechners nicht so stark begrenzt ist, wie z.B. bei einem Tischrechner oder dergleichen, kann die Solarbatterie mit dem Rechnerkörper verbunden werden. Ein sol-

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eher Rechner mit einer Solarbatterie ist leicht herzustellen, weil die Verbindungen zwischen dem Rechnerkörper und der Solarbatterie auf einer gemeinsamen isolierenden Unterlage gebildet werden können.

Gemäß der Erfindung kann die Solarbatterie in bezug auf den Rechnerkörper auf folgende drei Weisen angeordnet werden:

1) Der Rechnerkörper und die Stromquelle in Form einer Solarbatterie sind voneinander getrennt und miteinander durch geeignete Verbindungselemente, wie z.B. ein Scharnier oder eine Feder, verbunden.

2) Der Rechnerkörper und die Stromquelle in Form einer Solarbatterie sind voneinander getrennt je auf einer Seite eines Tragelements angeordnet, das entlang seiner Mittellinie faltbar ist, wobei die Teile elektrisch miteinander verbunden sind.

3) Die Solarbatterie ist in den Rechnerkörper eingebaut.

Diese Anordnungen sind im einzelnen in bezug auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben.

Die Fig. 2A und 2B sind eine Draufsicht und ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rechners. Ein Körper 11 des Rechners ist unabhängig von einer Stromquelleneinheit 15 einer Solarbatterie 12 auf einer Unterlage 13 gebildet. Sie sind mechanisch miteinander durch Metallstifte 14 verbunden, während sie elektrisch miteinander durch Metallfedern 19 verbunden sind, die auf die Metallstifte 14 aufgewunden sind.

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Wie sich aus Fig. 2B ergibt, ermöglichen der Metallfederstift

14 und die Metallfeder 19 das Öffnen und Schließen der beiden Teile in bezug aufeinander. Bei Benutzung wird die Stromquelle

15 in bezug auf den Körper 11 um einen geeigneten Winkel geschwenkt. Die Einheit 15 ist so angeordnet, daß die Solarbatterie 12 dem Licht ausgesetzt ist, wobei die Batterie 1? eine ausreichende Menge Licht erhält, um eine für den Betrieb des Rechnerkörpers 11 ausreichende Leistung zu liefern. Wenn der Rechner nicht benutzt wird, wird die Stromquelle 15 um den Stift 14 geschwenkt, bis sie sich in Berührung mit dem Körper 11 befindet.

In diesem Zustand erhält die Solarbatterie 12 kein Licht, und es wird der Rechnerkörper 11 nicht mehr mit Strom beliefert. Da die Unterlage 13 für die Solarbatterie 12 auch als Abdeckung für den Rechner dient, ist dieser Rechner kompakt und leicht zu tragen, wenn er geschlossen ist.

Der Rechnerkörper 11 und die Speiseeinheit 15 können in verschiedenem Winkel um die Achse des Verbxndungselements verschwenkt werden. Es kann irgendein geeignetes Scharnier als Verbindungselement verwendet werden. Es können auch elastische Metallfedern 16, 17 und 18 als Verbindungselemente verwendet werden, wie sie in Fig.3 dargestellt sind. Diese Federn können auch als Teil eines Verbindungselementes verwendet werden. Eine solche Metallfeder verbindet den Körper 11 und die Stromquelle 15 nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch miteinander. Da die Metallfeder für die Verschwenkbewegung um die Achse der Verbindungselemente sehr dauerhaft ist, wird die elektrische Verbindung zwischen dem Rechnerkörper 11 und der Stromquelle 15 für eine lange Zeit stabil aufrechterhalten, und zwar auch dann, wenn der Rechner sehr oft geöffnet und wieder geschlossen wird.

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Die Fig. 4A und 4B zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Rechnerkörper 20 und eine Stromquelle 21 in Form einer Solarbatterie auf einer Seite eines Tragelementes 22 angeordnet sind, das entlang seiner Mittellinie haltbar ist, wobei die elektrische Verbindung durch Leitungen 23 erfolgt. In Fig. 4A ist das Tragelement 22 geöffnet, so daß die Solarbatterie 21 Licht erhält, während in Fig. 4B das Tragelement 22 zusammengefaltet ist, so daß der Körper 20 der Stromquelle 21 gegenüberliegt. Bei geöffnetem Tragelement 22, wie es in Fig. 4A gezeigt ist, gelangt Licht auf die Solarbatterie 21, die dann genügend Leistung liefert, so daß der Rechnerkörper 20 arbeiten kann. Wenn das Tragelement geschlossen ist, wie es in Fig. 4B dargestellt ist, erhält die Solarbatterie 21 kein Licht, und es ist die zusammengefaltete Anordnung kompakt und leicht zu tragen wie im Falle der Ausführung nach Fig. 2.

Das Tragelement 22 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen. Beispielsweise können Natürleder. Kunstleder und verschiedene Kunststoffe, wie Vinylchlorid und Nylon, verwendet werden.

Wahlweise können auch zwei Platten aus festem Material, wie Metall, verwendet werden_rwobei diese Teile durch ein zentrales, langgestrecktes, faltbares Element aus einem weichen Material, wie Leder, miteinander verbunden sein.

Der Rechnerkörper und die Solarbatterie können an einem Tragelement in verschiedener Weise befestigt sein.

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Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei welchem der Rechnerkörper 20 auf dem Träger 22 mit Hilfe eines Magneten 25 befestigt ist. Im einzelnen wird der Magnet 25 in einer Ausnehmung eines Eisenelementes 26 gehalten, das in die Oberfläche des Trägers 22 eingelassen ist, wobei eine elektrische Verbindung zur Solarbatterie (nicht dargestellt) über eine Leitung 27 erfolgt. Am Boden des Rechnerkörpeis 20 ist eine dünne Eisenplatte 28 befestigt, die mit einer nicht dargestellten elektrischen Schaltung in dem Körper 20 verbunden ist.

Die Fig. 6 und 7 zeigen verschiedene Beispiele, bei welchem der Rechnerkörper auf dem Tragelement 22 fest angeordnet ist. In beiden Fällen sind zwischen der Solarbatterie und dem Tragelement 22 die gleichen Elemente für die mechanische und die elektrische Verbindung vorgesehen.

In Fig. 6 ist auf einem isolierenden Vorsprung 31 eine leitende Metallplatte 29 befestigt, die mit einer Leitung 27 elektrisch verbunden ist und einen Stecker bildet. Der Körper 20 ist an seinem Boden mit einer Steckdose 30 aus leitendem Metall versehen, in die der Stecker 29 genau hineinpaßt, damit sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung herstellt wird.

In Fig. 7 ist ein Winkelstecker 33 aus elastischem Metall in eine Steckdose 32 eingesetzt, die am Boden des Körpers 20 vorgesehen ist, damit sowohl eine mechanische Verbindung als auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Rechnerkörper und der Stromquelle hergestellt wird.

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Wie aus den Beispielen nach den Fig. 5, 6 und 7 ersichtlich, sind die elektrische Verbindung zwischen der Solarbatterie und dem Rechnerkörper und die mechanische Verbindung zwischen dem Rechnerkörper und dem Tragelement leicht und gleichzeitig herzustellen, indem der Rechnerkörper auf den Träger aufgelegt und beide gegeneinander gedrückt werden.

Der Rechnerkörper, die Solarbatterie und das Tragelement können jeweils dünn sein, wobei ein ausreichender Widerstand gegen Verbiegung, Schlag und Erschütterung erreicht wird. Der so erhaltene Rechner ist dünn und handlich wie derjenige nach Fig. 2.

Die oben beschriebenen Ausführungen, in denen der Rechnerkörper und die Stromquelle in Form einer Solarbatterie unabhängig voneinander sind, sind geeignet für einen sogenannten Taschenrechner oder Notizbuchrechner. Der Rechner in einer der vorgenannten Ausführungen ist kompakt und dünn, während die Solarbatterie im wesentlichen die gleiche Oberfläche haben kann wie der Rechnerkörper. Dieser Oberflächenbereich ist ausreichend groß, um die nötige Leistung für den Betrieb des Rechners zu erhalten, so daß der Rechner bei einer verhältnismäßig geringen Beleuchtung von etwa 150 Lux betrieben werden kann.

Es ist aber auch möglich, die Solarbatterie in den Rechnerkörper einzubauen und beide miteinander zu intergrieren. Der Rechner dieser Art kann nicht extrem klein gemacht werden, weil eine ausreichende Oberfläche der Solarbatterie vorgesehen werden muß. Da aber elektronische Tischrechner für die Verwendung in Büros, Schulen oder dergleichen nicht sehr klein sein müssen, können die Lichtempfangsflächen einer Solarbatterie auf der gleichen Fläche

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wie die Druckknöpfe angeordnet werden.

Das wichtigste Merkmal eines Tischrechners dieser Art ist die leichte Herstellung, da ein elektrischer Kreis des Rechnerkörpers auf der gleichen Unterlage wie die Solarbatterie hergestellt werden kann. Als Unterlage kann z.B. ein Glasgewebe verwendet werden, das mit Polyester imprägniert ist. Es sind bekannte gedruckte Schaltungen auf einem bestimmten Teil der Unterlage vorgesehen, um die elektrische Schaltung zu vervollständigen, und es ist eine Solarbatterie auf einem anderen Teil der Unterlage vorgesehen, wobei die Herstellung unter Verwendung einer Maske und durch Ablagerung aus der Dampfphase erfolgt. Auf diese Weise wird ein Rechner erhalten, in welchem die Schaltung des Rechnerkörpers und die Solarbatterie auf der gleichen Unterlage integriert sind.

Es ist unnötigj im einzelnen auszuführen, daß eine solche integrierte Struktur nicht unter Verwendung einer Einkristall-Silizium-Solarbatterie hergestellt werden kann. Die Integration der Schaltung und der Solarbatterie ist eines der besonderen Merkmale der Erfindung.

Um tatsächlich eine Solarbatterie mit einer Fotosperrschicht in Form eines Filmes aus polykristallinem, fotoleitendem Material als Stromquelle eines kleinen elektronischen Rechners verwenden zu können, muß einigen Punkten besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, die im folgenden beschrieben werden.

Da die elektrische Leistung, die eine Solarbatterie bei Empfang

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von Licht erzeugt, im allgemeinen sehr gering ist, sollte der Leistungsverbrauch eines Rechners sehr klein sein. Infolgedessen ist es notwendig, Komponenten zu verwenden, die einen niedrigen Leistungsverbrauch besitzen, und zwar einschließlich Flüssigkristall-Anzeigeelementen und CMOS-integrierte Schaltungen, damit diese Forderung erfüllt wird. Durch geeignete Auswahl solcher Komponenten mit niedrigem Leistungsverbrauch kann die erforderliche Leistung für einen Rechner 60 iiV! betragen. Ein reduzierter Leistungsverbrauch ermöglicht es dem Rechner mit einer Selen-Solarbatterie normal zu arbeiten, die eine Lichtaufnahmeflä-

s /^hat

ehe von 3022 mm² (25,4 mm χ 8,5 mm χ 14 ), und zwar bei einer Beleuchtung von 150 Lux unter einer Leuchtstofflampe. Das heißt, daß der erfindungsgemäße Rechner unter normalen Bedingungen voll betriebsfähig ist.

Die Intensität des auf eine Solarbatterie einfallenden Lichtes verändert sich bei jeder Lichtquelle. Beispielsweise unterscheiden sich Sonnenlicht und eine Leuchtstofflampe in ihrer Lichtintensität um mehrere hundertfache Beträge. Infolgedessen ändert sich der Ausgang einer Solarbatterie über einen sehr weiten Bereich. Andererseits haben die obengenannten Flüssigkristall-Widergabeelemente und die CMOS-integrierte Schaltung Arbeitsbereiche innerhalb eines begrenzten Spannungsbereiches von allgemein 2,4 bis 3,5 V und 2,3 bis 4,5 V, wobei für jeden Typ eine geringe Abweichung vorhanden ist. Bei Verwendung der genannten Komponenten muß die dem Rechnerkörper zugeführte Spannung in den Bereich zwischen 2,4 bis 2,5 V fallen, und zwar auch dann, wenn die Ausgangsspannung der Solarbatterie sich um das Hundertfache oder mehr ändert.

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Da eine übliche Konstantspannungsschaltung unter Verwendung von Transistoren oder anderen Elementen oder einer Zejarherdiode einen verhältnismäßig hohen Leckstrom aufweist, kann er nicht mit der Solarbatterie kombiniert werden, die einen niedrigen Strom erzeugt, der geringer als 30 μ,Α ist.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer KonstantStromschaltung, die frei von den oben erwähnten Nachteilen der üblichen Schaltungen ist und die sicherstellt, daß die Zuführung von Spannungen oberhalb eines vorbestimmten Pegels zum Rechnerkörper vermieden werden. Wie in Fig. 8 dargestellt, sind mehrere, beispielsweise zwei, Leuchtdioden D₁ und D„ und ein Schutzwiderstand R (dieser kann weggelassen werden) parallel zur Solarbatterie 35 geschaltet. Wenn die Ausgangsspannung der Solarbatterie 35 geringer ist als die Summe der Nennspannungen der Dioden D. und D-, wird diese ohne Änderung dem Rechnerkörper 34 zugeführt. Wenn die Ausgangsspannung diese Summe überschreitet, wird die überschüssige Energie in Form einer Lichtstrahlung von den Dioden D₁ und D„ verringert, wodurch verhindert wird, daß dem Rechnerkörper 34 eine Überspannung zugeführt wird. Die Schaltung zur Verhinderung einer Überspannung unter Verwendung von Leuchtdioden kann entweder im Rechnerköper selbst angeordnet sein, oder sie kann von ihm getrennt auf dem Tragelement vorgesehen sein.

Das auf eine Solarbatterie einfallende Licht ist manchmal von schwacher Intensität. Wenn Licht von ungenügender Intensität auf die Solarbatterie einfällt, die dann eine Ausgangsspannung erzeugt, die in der Nähe der Grenze der Arbeitsspannung des Rechners liegt, arbeitet der Rechner unstabil, und er wird auf ein

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abnormales Programm eingestellt, so daß er nicht rückgestellt werden kann, da die Speicher, Schalter und andere Elemente, die sich in dem LSI des Rechners befinden, verschiedene Arbeitsspannungen haben.

Ferner benötigt es verhältnismäßig lange Zeit (mehrere 100 msec), bis die Solarbatterie nach der Belichtung die maximale Spannung liefert. Wenn die Beleuchtungsintensität hoch genug ist, tritt kein Problem auf. Wenn aber die Beleuchtungsintensität niedrig ist, werden der LSI und die Wiedergabeelemente nicht gleichzeitig betätigt, wodurch sich eine Fehlfunktion ergibt.

Wenn sich der Rechner in dem oben erwähnten unerwünschten Zustand befinden, sollte er in den normalen Zustand zurückgestellt werden und unter einfallendem Licht ausreichender Intensität betrieben werden. Dies wird erreicht durch eine Rückstellschaltung, welche den Rechner schnell und richtig zurückstellt.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel der Rückstellschaltung. Parallel zum Rechnerkörper 34 und der Solarbatterie 35 ist ein Schalter S vorgesehen. Wenn die Ausgangsspannung der Solarbatterie 35 unter einen normalen Spannungswert abfällt und sich der Rechner in einem unerwünschten Zustand befindet, wird der Schalter S geschlossen, so daß die Solarbatterie 35 kurzgeschlossen wird. Die Ladungen auf den WJedergabeelementen, in dem LSI und anderen Elementen in dem Rechnerkörper 34 werden vollständig entladen, so daß der Rechner in seinen ursprünglichen Zustand zurückgebracht wird. Der Schalter S wird dann geöffnet, und es wird die Ausgangsspannung der Solarbatterie 35 erneut dem Rechnerkörper 34 zugeführt, so daß dieser unter ausreichend einfallendem Licht

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arbeiten kann.

Unter den Komponenten des Rechners erfordern die Wiedergabeelemente eine höhere Spannung (2,4 V). Der Benutzer kann feststellen, ob der Rechner betriebsfähig ist, indem er die Wiedergabezeichen beobachtet.

In der Praxis kann die obengenannte Rückstellschaltung vorzugsweise in dem Rechnerkörper gebildet sein, so daß der Schalter durch Niederdrücken eines Knopfes auf dem Rechnerfeld geöffnet oder geschlossen werden kann. Er kann aber auch auf dem Tragelement unabhängig vom Rechnerkörper vorgesehen sein.

Der Rechner dient auch als Beleuchtungsmesser. Zu diesem Zweck kann der LSI ferner eine Schaltung enthalten, welche die Ausgangsspannung der Solarbatterie in ein digitales Signal umwandelt, welches die Beleuchtungsstärke darstellt. Es ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, welche den Ausgang des Rechnerkörpers oder des Konverters mit dem Eingang des Wiedergabeelements verbindet. In Fig. 10 ist ein Beispiel des elektronischen Rechners, der als Beleuchtungsmesser verwendet werden kann, dargestellt. Er enthält eine Solarbatterie 35, ein logisches Teil mit einem Tastenfeld, einen Treiberteil 37, einen Wiedergabeteil 38 aus Flüssigkristall, einen Analog-Digital-Konverter 39 und einen Schalter 40. Beim Betrieb als Rechner sind die Kontakte c. , C₂ des Schalters 40 mit den Kontakten a,, a verbunden, so daß die Solarbatterie 35 den Strom an die CMOS-integrierte Schaltung des logischen Teiles 36, den Treiberteil 37 und den Wiedergabeteil 38 liefert, um das logische Ergebnis des logischen Teiles auf der Wiedergabevorrichtung 38 über den Treiberteil 37 anzu-

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zeigen. Während des Betriebes als Beleuchtungsmesser sind die Kontakte c. , c~, c_ des Schalters 40 jeweils mit den Kontakten b.. , b„, b_ verbunden, so daß der Ausgangs strom der Solarbatterie 35 der CMOS-integrierten Schaltung des Analog-Digital-Konverters 39 zugeführt und in ein digitales Ausgangssignal umgewandelt wird, um es auf dem Wiedergabeteil 38 durch den Treiberteil 37 anzuzeigen.

Da der Ausgangsstrom der Solarbatterie 35 eine lineare Beziehung zur Beleuchtung des einfallenden Lichtes in bezug auf einen geeigneten Wert des Belastungswiderstandes hat, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, kann die Beleuchtung des einfallenden Lichtes auf der Solarbatterie 35 durch den Wiedergabeteil 38 richtig angezeigt werden.

Im folgenden wird eine wünschenswerte Kombination der Fläche jeder Zelle der Selen-Solarbatterie und der Zahl der in Reihe geschalteten Zellen beschrieben. Im Falle eines elektronischen Rechners in der Größe einer Geschäftskarte muß die obere Grenze der Licht aufnehmenden Fläche kleiner sein als die Größe der Geschäfts^- karte (z.B. 91 mm χ 55 mm), während die untere Grenze ungefähr die halbe Größe der Geschäftskarte ist, und zwar im Hinblick auf eine ausreichend leichte Betätigung der Steuerknöpfe durch die Finger des Benutzers. Der geeignete Strom einer Selen-Solarbatterie beträgt 9 Mikroampere pro cm². Da ferner ein elektronischer Rechner in der Größe einer Geschäftskarte allgemein eine Leistung von 54 bis 78 Mikrowatt und einen Belastungsstrom von 18 bis 26 Mikroampere benötigt, ist eine Fläche von 2,2 bis 2,9 cm² für die Licht aufnehmende Fläche einer Zelle der Solarbatterie er-

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forderlich. Andererseits beträgt die Ausgangsspannung zwischen 2,3 bis 2,5 V für 200 Lux und 2,7 bis 3,1 V für 400 Lux. Nach einer Untersuchung des Erfinders ist eine Größe von 80 mm χ 55 mm für einen elektronischen Rechner in der Größe einer Geschäftskarte geeignet.

In Fig. 12 ist die Beziehung des Ausgangsstromes und der Ausgangsspannung dargestellt im Falle einer verfügbaren Fläche von 3,20 cm² χ 10^S, 2,78 cm² χ 12^s, 2,15 cm² χ 15^s und 1,8 cm² χ 16^S, wobei "S" die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen ist. In den Fig. 13 und 14 sind die Beziehungen zwischen der Beleuchtung und der Ausgangsspannung im Falle eines Belastungswiderstandes von 96 kjd. und 138 kXl dargestellt. Wenn, wie aus Fig. 13 ersichtlich, die niedrigste Arbeitsspannung 2,5 V ist, sind zwölf in Reihe geschaltete Zellen für den Belastungsstrom von 26 Mikroampere geeignet, wenn die niedrigste Arbeitsbeleuchtung von 150 Lux erreicht wird. Wie aus Fig. 14 ersichtlich, sind im Falle eines Belastungsstromes von 18 Mikroampere 14 in Reihe geschaltete Zellen geeignet, wenn die niedrigste Arbeitsbeleuchtung von 140 Lux erreicht wird.

Da eine Solarbatterie mit einem Film aus amorphem oder polykristallinem fotoleitendem Material, z.B. Silizium oder Selen, als Fotosperrschicht als Leistungsquelle verwendet wird, ist der erfindungsgemäße elektronische Rechner von geringer Größe, von geringem Gewicht. Ferner ist er gegen Biegung und gegen Schläge widerstandsfähig. Er neigt nicht zu Fehlern. Ferner ist er wegen der Vermeidung eines teuren Einkristalls billig, und es ist eine Ladung einer Batterie oder ein Batterieaustausch nicht notwendig. Da Fotosperrschichten mit einer großen Oberfläche leicht herge-

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stellt werden können und diese leicht miteinander in Reine geschaltet werden können, ist der Rechner nicht nur billig, sondern er ist gegen Fehler unempfindlich. Da durch getrennte Anordnung des Rechnerkörpers und der Solarbatterie eine verhältnismäßig große Licht aufnehmende Fläche erreicht werden kann, kann der Rechner auch bei einer verhältnismäßig kleinen Lichtmenge verwendet werden. Der erfindungsgemäße Rechner besitzt die obengenannten Vorteile gegenüber den bekannten Rechnern..

Der Einfachheit halber ist die Erfindung in bezug auf amorphes Selen beschrieben. Natürlich ist das Material, das für die Fotosperrschicht der Solarbatterie verwendet werden kann, nicht auf Selen beschränkt, sondern es können auch andere amorphe fotoleitende Materialien, wie Silizium und Galliumarsenid, verwendet werden, um ähnliche Resultate zu erzielen.

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ι Ή L e e r s e

Claims

DIPL. ING. KLAU3 BEhN DIPL -PHYS ROBERT MUNZHUBER 2902300

PATENTANWÄLTE

«IDENMAYERSFRASSE O D iJÜOO MÜNCHEN 22 TEL lOBUi 222ii:iO -JVbIJl

22. Januar 1979 A 779 B/ib

PATENTANSPRÜCHE

nJ Elektronischer Kleinrechner, bestehend aus einem eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung enthaltenden Rechnerkörper und einer Solarbatterie als elektrische Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarbatterie (12,21,34,36) einen Film (3) aus amorphem oder polykristallinem, fotoleitendem Material als Fotosperrschicht aufweist»
2. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoleitende Material Selen, Silizium oder Galliumarsenid ist.
3. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarbatterie (12) in dem Rechnerkörper (11) vorgesehen ist.
4. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Solarbatterie (12) vom Rechnerkörper (11) getrennt angeordnet ist.
5. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarbatterie (12) an dem Rechnerkörper

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(11) winkelbeweglich befestigt ist.
6. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarbatterie (12) mit einem Scharnier (14) oder einer zusammenfaltbaren Feder (19) befestigt ist.
7. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechnerkörper (20) und die Solarbatterie

(21) auf einer Seite eines entlang seiner Mittellinie faltbaren Tragelements (22) angeordnet sind.
8. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechnerkörper (20) an dem Tragelement (22) mit Hilfe eines Magneten (25) befestigt ist.
9. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechnerkörper (2 0) an dem Tragelement (22) mit Hilfe eines Steckers (29,33) und einer Steckdose (30,32) befestigt ist.
10. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Solarbatterie auf einer isolierenden Unterlage aus eloxiertem Aluminium, einem mit Polyester imprägnierten Glasgewebe, Polykarbonat oder Glas gebildet ist.
11. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechnerkörper eine integrierte CMOS-Schaltung enthält.

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12. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Überspannung verhindernde Schaltung mit einer Leuchtdiode (D₁,D„) vorgesehen ist.
13. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellschaltung mit einem Schalter (S) vorgesehen ist, der an der Ausgangsseite der Solarbatterie (35) mit dem Rechnerkörper (34) parallelgeschaltet ist.
14. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zu seiner Verwendung als Beleuchtungsmesser ein Konverter (39) vorgesehen ist, welcher die Ausgangsspannung der Solarbatterie (35) in ein der Beleuchtungsstärke proportionales Digitalsignal umwandelt.
15. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Beleuchtungsstärke eine Schaltvorrichtung (40) vorgesehen ist, welche den Ausgang des Rechnerkörpers (36) und des Konverters (39) mit dem Eingang der Anzeigevorrichtung (38) verbindet.
16. Elektronischer Kleinrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer maximalen Ausgangsspannung bei vorbestimmter niedrigster Arbeits-Lumineszenz eine Kombination aus der Fläche jeder Zelle der Solarbatterie und der Zahl in Reihen geschalteter Zellen festgesetzt wird.

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