DE2206102A1

DE2206102A1 - Armbanduhr od. dgl. mit einem Schwingkristall als Zeitnormal

Info

Publication number: DE2206102A1
Application number: DE19722206102
Authority: DE
Inventors: Kinji Nagano Fujita (Japan)
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1971-02-18
Filing date: 1972-02-09
Publication date: 1972-08-31
Also published as: GB1339402A; FR2125580B1; DE2206102C2; US3828547A; FR2125580A1

Description

DipL-lng. Heinz lesser, Patentanwalt D—8 München 81, Cosinicistrafte 81 · Telefon: (0811) 983820

Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha

3-4,4-chome Ginza, Chuo-ku L 9608

Tokyo / Japan Fl/km

Armbanduhr od. dgl. mit einem Schwingkristall als Zeitnormal

Die Erfindung bezieht sich auf eine Armbanduhr od. dgl. mit einem Schwingkristall als Zeitnormal, mit einer Schaltungsanordnung und mit einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtüng. Bei den hier in Frage stehenden Uhren handelt es. sich in erster Linie um mitführbare bzw. sehr klein gehaltene Uhren, die aus einer Gleichstromquelle relativ niedriger Spannung gespeist werden.

Diese Uhren zeichnen sich dadurch aus, daß sie keine bewegliehen Teile enthalten und eine hohe Ganggenauigkeit aufweisen. Allerdings ist für die Anzeige mit Hilfe von Flüssigkristallen eine bestimmte Spannung erforderlich, die kleinen Batterien oder Speicherzellen nicht unmittelbar zu entnehmen ist. Neben dieser Schwierigkeit müssen die Schaltkreise zur Steuerung der Anzeige mit elektrischer Energie versorgt werden. Die aufgrund des zur Verfügung stehenden Platzes relativ kleinen Batterien sind somit stark beansprucht.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Uhr der eingangs ge-.nannten Art zur Verfugung gestellt werden, deren Energiebedarf möglichst niedrig gehalten ist. Darüberhinaus soll angestrebt werden, eine möglichst gut unterscheidbare Zeitanzeige mit Hilfe!

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Dipl.-lng. Heinz Lesser. Patentanwalt D-8 MünoSen 81, Cosimostrafje 81 ■ Telefon: (C811) 933820

der Flüssigkristallelemente zu erreichen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schaltungsanordnung in integrierter Schaltkreistechnik unter Verwendung von komplementär-symmetrischen Metalloxyd-Halbleitern (COS MOS) aufgebaut ist und die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung unmittelbar antreibt.

Komplementär-symmetrische Oxyd-Halbleiter in integrierter Schalt kreistechnik benötigen verhältnismäßig wenig Energie.Durch den unmittelbaren Antrieb der Anzeigeeinrichtung von der integrierten Schaltungsanordnung aus wird also der Vorteil des geringen Energiebedarfs konsequent ausgenutzt; es sind keine Schalteinrichtungen höheren Energiebedarfs vorhanden, die die Signale der integriertenSchaltungsanordnung in irgendeiner Weise umgeformt oder verstärkt an die Anzeigeeinrichtung weitergeben.

Die erfindungsgemäße Uhr ist vorzugsweise nur mit einer oder zwei Zellen, insbesondere Knopfbatterien, ausgerüstet, die eine Spannung von 1,2 bis 3,5 Volt abgeben können. Diese Spannung wird mit Hilfe,eines Aufwärtstransformators zur Erlangung einer kontrastreichen Anzeige der Flüssigkristall-Anzeigeelemente in eine höhere Spannung umgeformt. Diese höhere Spannung kann vorzugsweise dem letzten, der Anzeigeeinrichtung vorgeschalteten Teil der integrierten Schaltungsanordnung zugeführt werden, sie kann aber auch als Speisespannung der gesamten integrierten Schaltungsanordnung dienen.

In besonders bevorzugter Ausführung werden die einzelnen Flüssigkristall-Segmente der Anzeigesymbole unmittelbar durch Inverter angesteuert, die aus komplementär-symmetrischen Oxyd-Halbleiter-Transistoren gebildet sind.

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Dipl-.-lng. Heinz lesser, Patentanwalt D-8 Miindien 81, Cosimostrafjc-81 · Telefon: (0811) 98332Ü

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

Figur 2

Figur 3

Figur 4

Figur 5

Figur 6

Figur 7

ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Uhr;

ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles der Uhr gemäss der Erfindung;

ein Schaltbild und ein Funktionsdiagramm eines Inverters aus COS/MOS;

ein Schaltbild und Funktionsdiagramm eines Binär-Zählers aus COS/MOS;

ein Ausführungsbeispiel einer Transformatoreinrichtung für die Umformung einer Gleichspannung in eine höhere Gleichspannung;

ein Schaltungsbeispiel für den Antrieb der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung,das mit der Erfindung verbessert werden soll;

eine Ausführungsform der Schalteinrichtungen für den Antrieb der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 arbeitet mit einer Zelle B_f wie sie auch in bekannten Uhren Verwendung findet. Es handelt sich dabei um eine Quecksilberoxyd-, Silberoxyd- oder Nickel-Kadmium-Zelle. Für gewöhnlich werden ein oder zwei dieser Zellen in Armbanduhren verwendet, es können in besonderen Uhren jedoch auch mehr als zwei solcher Zellen vorgesehen sein.

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Dipl.-Ing. Heim Lesser, Patentanwalt D-8 München 81, Cosimostrafie 81 ■ Telefon: (0811) 983820

Die Zelle B liefert eine verhältnismäßig niedrige Spannung von 1,2 bis 3,5 Volt über eine Leitung LV an die blockförmig dargestellten Schaltungseinrichtungen 1, 2 und 5. Der Schaltungsblock 1 enthält einen Quarzkristall-Schwinger und eine Frequenzteilerschaltung und bildet ein Ein-Sekunden- oder ein Ein-Minuten-Signal. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 bildet der Schaltungsblock 1 ein Ein-Minuten-Signal, da die Anzeigeeinrichtung 4 keine Symbole für eine Sekunden-Anzeige aufweist. Die Zeitsignale werden in Richtung der dick ausgezogenen Pfeile durch die Schaltungsanordnung weitergeleitet. Der Schaltungsblock 2 enthält einen Frequenzteiler und einen Dekodierer und formt Signale für die Stundenanzeige. Der Schaltungsblock 3 ist ein Trennverstärker, mit dessen Hilfe die dekodierten Signale verstärkt und für den Antrieb der Anzeigeeinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Die relativ hohe Spannung von 10 bis 30 V, die für den Antrieb der Anzeigeeinrichtung erforderlich ist, wird dem Trennverstärker über die Leitung HV zugeführt. Diese hohe Spannung kann einer Gleichspannungs-Aufwärtstransformator-Einrichtung entnommen werden, wodurch sich eine besondere Zelle entsprechend hoher Spannung erübrigt, was dem Platzangebot der Uhr entgegenkommt.*

Das andere Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Figur 2 zeigt an sich die gleichen Blockschaltungen wie Figur 1, anders ist lediglich die Art der Energieversorgung. Hier wird nämlich die relativ niedrige Ausgangsspannung der Zelle lediglich dem Gleichspannungs-Aufwärtstransformator 5 zugeführt. Die relativ hohe Ausgangsspannung des Transformators 5 speist dann alle weiteren Schaltungsblöcke der Ausführung.

Figur 3 (a) zeigt einen Inverter, der ein grundlegendes Schaltelement der mit komplementär-symmetrischen Metalloxyd-Halbleitern arbeitenden Schaltungsanordnung in integrierter Technik

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bildet. T ist ein P-Kanal-MOS-Transistor vom Anreicherungstyp und T₂ ist ein N-Kanal-MOS-Transistor ebenfalls vom Anreicherungstyp. V_QD ist die Spannung der Energiequelle. Der COS/MOS-Inverter benötigt in stabiler Lage lediglich einen Leckstrom. Deshalb sind komplementär-symmetrische Metalloxyd-Halbleiter in integrierter Schaltkreistechnik (COS/MOS IC), aus denen der Inverter besteht, besonders geeignet, Schaltkreise minimalen Energiebedarfs zu bilden. Sie sind daher besonders vorteilhaft für Armbanduhren einzusetzen, in denen das Platzangebot außerordentlich beschränkt ist.

Figur 3 (b) zeigt ein Zeitdiagramm der Eingangsspannung 6 und der Ausgangsspannung 7. Der Inverter benötigt nur einen außerordentlich geringen Leckstrom und ist mit einem Umladeverlust

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von 1/2 CV"_DD f behaftet. Da die Kapazität C sehr klein ist, kann insbesondere in den Fällen niedriger Frequenz f der Energiebedarf klein gehalten werden.

In Figur 4 (a) ist ein Haupt-Neben-Typ eines Binär-Zählers aus komplementär-symmetrischen Metalloxyd-Halbleitern dargestellt. Figur 4 (b) zeigt die Zeitdiagramme der Spannungen. Es ist für den Fall einer Armbanduhr besonders vorteilhaft_r Frequenzteiler zu benutzen, die aus einem solchen Zähler bestehen, weil dieser Zähler in gewöhnlichem Zustand lediglich eine nW an Leistung benötigt.

In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungs-Aufwärtstransformators 5 dargestellt, wie er in Figur 5 als Blockschaltung angedeutet wurde. Zwei Inverter I und I₂, ein Widerstand R₁ und ein Kondensator C. bilden einen astabilen .Multivibrator. Das Ausgangssignal dieses astabilen Multivibrators wird in einem Inverter I₃ verstärkt und einem Transformator T zugeführt. Die Inverter Ι_χ, I₂ und I₃ werden durch die Spannung der Zelle betrieben. Die höhere Spannung für den' 209836/1069

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Antrieb der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung wird durch Gleichrichten des pulsförmigen Ausgangssignals des Aufwärtstransformators T erhalten. Die impulsförmige Transformator-Ausgangsspannung wird durch die Diode D gleichgerichtet und durch die Kapazität C~ gefiltert. Natürlich kann auch das Ausgangssignal des Oszillators oder einer der Teilerstufen an Stelle des Ausgangssignals des vorgeschilderten astabilen Multivibrators in ähnlicher Weise Verwendung finden.

Figur 6 zeigt eine mögliche Schaltung für den Antrieb der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung. In Reihe zu dem R-C-Glied als Äquivalenzschaltung für ein Flüssigkristall-Anzeigeelement liegt ein MOS-Transistor des Änreicherungstyps. Diese Reihenschaltung liegt auf der einen Seite an Masse und auf der anderen Seite an der höheren Spannung HV. Es ist allerdings ziemlich schwierig, das Element exakt ein- und auszuschalten, da das Element eine außerordentlich hohe Impedanz, beispielsweise R > 500 MJIfUr die hier im Zusammenhang mit einer Armbanduhr in Frage kommende Art aufweist und der MOS-Transistor mit einem kleinen Leckstrom behaftet ist.

Demgegenüber wird mit der Erfindung, wie in Figur 7 dargestellt, der vorerwähnte Nachteil durch eine geschickte Ausnutzung der Charakteristik der komplementär-symmetrischen Metalloxyd-Halbleiter vermieden. Die Ausgangsimpedanz eines COS/MOS-Inverters ist in jedem Schaltzustand sehr niedrig, da ein MOS-Transistor eingeschaltet ist, während sich der andere im Ausschaltzustand befindet. Wie bereits zuvor erwähnt, ist der Energiebedarf des COS/MOS-Inverters sehr niedrig. Daher ist der jedem Treiber-MOS-Transistor eigene Leckstrom für den Schaltzustand des Anzei-j geelementes nicht so bedeutsam. Obwohl der Energiebedarf der Schaltungsanordnung (COS/MOS IC) beschränkt ist, reicht er für das einwandfreie Schalten doch aus. Das bedeutet, daß das

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Flüssigkeits-Anzeigeelement, das eine hohe Impedanz aufweist, mit Hilfe der COS/MOS-Inverter sicher ein- und ausgeschaltet werden kann, wodurch der Kontrast der Anzeige deutlich auftritt.

Das Schaltbild gemäß Figur 7 (b) zeigt den erfindungsgemäßen Antrieb eines aus sieben Segmenten zusammengesetzten Ziffernsymbols. Die für den Antrieb des Anzeigeelementes erforderliche höhere Spannung wird sieben Treiber-Invertern zugeführt; die entsprechend der Segmentgestaltung getrennten Elektroden der Anzeigeeinrichtung sind jeweils direkt mit dem Ausgang der Inverter verbunden; die allen Segmenten gemeinsame Gegenelektrode der Anzeigeeinrichtung bzw. des Anzeigesymbols ist an Masse geschaltet.

Wie die vorstehende Beschreibung erkennen läßt, zeigt die Erfindung einen Weg auf, aus den Zellen elektronisch eine relativ hohe Spannung für den Antrieb der Flüssigkristall-Anzeige zu erhalten und die mit einer sehr hohen Impedanz behafteten Flüssigkristall-Anzeigeelemente sicher ein- und auszuschalten. Gemäß der Erfindung kann eine praktische und sehr betriebssichere Quarzkristall-Armbanduhr zur Verfügung gestellt werden-, für deren Antrieb herkömmliche Knopf zellen Verwendung finden.

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Claims

Dipl.-lng. Heinz Lesser, Patentanwalt D-8 Möndien 81, Cosimastrofje 8l · Telefon: (0811) 98 38 20 PATENTANSPRÜCHE

1. Armbanduhr od. dgl. mit einem Schwingkristall als Zeitnormal, mit einer Schaltungsanordnung und mit einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltungsanordnung (1-3) in integrierter Schaltkreistechnik unter Ver wendung von komplementär-symmetrischen Metalloxyd-Halbleitern (COS/MOS) aufgebaut ist und die Flüssigkristall Anzeigeeinrichtung (4) unmittelbar antreibt.

2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine oder zwei Zellen (B) mit einer Gleichspannung von 1,2 bis 3,5 Volt sowie eine Aufwärts-Transformator-Einrichtung (5;

- I

₃, T, R,

D) zur Umformung der Gleichspannung in eine

höhere, für den Betrieb der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung (4) geeignete Spannung vorgesehen sind.

3. Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die höhere Spannung der integrierten Schaltungsanordnung (1 - 3) insgesamt zugeführt ist.

4. Uhr nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß die höhere Spannung nur einem Teil (3) der integrierten Schaltungsanordnung (1-3) zugeführt ist.

5. ,Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet , daß die Segmente der Symbole der Anzeigeeinrichtung unmittelbar an aus komplementärsymmetrischen Oxyd-Halbleiter-Transistoren (COS/MOS) gebildete Inverter angeschlossen sind.

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