DE2500251C3

DE2500251C3 - Elektronische Uhr

Info

Publication number: DE2500251C3
Application number: DE2500251A
Authority: DE
Inventors: Kazunari Kume; Hideshi Sayama Oono; Munetaka Tokio Tamaru; Minoru Watanabe
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1974-01-08
Filing date: 1975-01-04
Publication date: 1980-04-17
Also published as: US4006585A; GB1481478A; JPS50101068A; DE2500251A1; DE2500251B2

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit

ίο mehrschichtigen elektronischen Anzeigeelementen für mehrere Anzeigefunktionen, einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Signals konstanter Frequenz, einer Frequenzteilerschaltung zur Herabsetzung der Frequenz des Oszillatorsignals, einer die Ausgangssignale der Frequenzteilerschaltung dekodierenden Treiberschaltung, die mit den Anzeigeelementen derart verbunden ist, daß letztere in Abhängigkeit von einem Signal der Treiberschaltung aktivierbar sind, wobei die Anzeigeelemente ein Substrat aus transparentem Material, eine auf dem Substrat angeordnete, optisch leitende Elektrode aus einem lichtdurchlässigen Material, wenigstens eine mit der optisch leitenden Schicht in Kontakt stehende Schicht aus elektrochromem Material und eine auf der der optisch leitenden Schicht gegenüberliegenden Seite der elektrochromen Materialschicht angeordnete reflektierende Elektrode aufweist.

Aus der DE-OS 22 60 057 ist eine elektronische Uhr der obengenannten Art bekannt, deren Anzeigeeinrich-Hing als Treiber- bzw. Aktivierungsstufe eine Reihe von Schieberegistern aufweist, die zur Betätigung der Anzeigeelemente einen elektrischen Strom über die Gesamtdauer der Anzeige an das aktivierte Element anlegen. Diese Art der Aktivierung der Anzeigeelemente ist für Kurzzeitanzeigen, beispielsweise Anzeigen im Sekundenbereich zweckmäßig, jedoch nicht für die Langzeitanzeige beispielsweise im Stunden oder sogar Tagebereich. Bei der bekannten r'ektronischen Uhr muß die Anzeigeeinrichtung dauernd erregt, d. h. unter Strom gehalten werden, so daß durcii die Langzeitanzeige mit einem relativ hohen Energieverbrauch infolge Dauerbelastung der Betriebrispannungsqucllc zu rechnen ist.
Aus der DE-OS 23 11 508 ist ferner eine eleklrooptische Anzeige für elektronische Uhren unter Verwendung von elektrochromem Material in den Anzeigeelementen bekannt, bei der zur Verringerung des Energiebedarfs die Übergänge zwischen den HeII- und Dunkelzuständen der einzelnen Anzeigeelemcnte minimalisierl werden sollen. Maßnahmen zur Einschränkung der Zustandsänderungen, die nach dieser Druckschrift durch Erregungs- und Löschsignale herbeigeführt werden, sind jedoch nur im Zusammenhang mit Kurzzeitanzeigen beachtlich. Bei Langzeitanzeigen,

5J so insbesondere bei Tagesanzeigen, treten diese Übergänge nur so selten auf, daß ihr Energiebedarf im Vergleich zu dem Energiebedarf bei der Aufrechterhaltung des an sich instabilen oder quasi-stabilen Dunkelzustandes vernachlässigbar sind. Bekannt ist aus dieser

fto Druckschrift auch die Beschleunigung des Löschvorgangs eines Anzeigeelementes, d. h. des Übergangs vom Dunkelzustand in den Hellzusland, durch Anlegen eines Spannungsimpulses mit zu derjenigen des Erregungsvorgangs entgegengesetzter Polarität.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, den mit der Langzeitanzeige verbundenen Energiebedarf stark herabzusetzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß

25 OO 251

vorgesehen, daß das von der Treiberschaltung zum Aktivieren und zum Aufrechterhalten des Aktivierungszustandes eines Anzeigeelement angelegte Signal ein gepulstes Signal ist, daß das elektrochrome Material wenigstens eines Anzeigeelements so gewählt ist, daß es in Abhängigkeit von einer Polaritätsänderung des gepulsten Signals seine Farbe ändert und die geänderte Farbe über die durch die Impulsdauer bestimmte Aktivierungszeit hinaus beibehält, und daß eine Isolierschicht zwischen der Schicht aus elektrochromem Material und der reflektierenden Elektrode angeordnet ist

Die Anordnung einer Isolierschicht zwischen der Schicht aus elektrochromem Material und der reflektierenden Elektrode ist aus der US-PS 37 12 710 bei einem Spiegel aus elektrochromem Material an sich bekannt

Nach der Erfindung wird also eine kontinuierliche Langzeitanzeige durch Ansteuerung mit einem diskontinuierlichen Treibersignal erreicht, wodurch der Energieverbrauch an der nach dem Stande der Technik durch Langzeitanzeige besonders belasteten Betriebsstromquelle stark herabgesetzt wird. Die Lebensdauer der als Betriebsstromquelle in der Regel verwendeten Batterien wird demzufolge entsprechend erhöht und/oder es können Zellen in der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr verwendet werden, die wegen der geringeren Belastung entsprechend kleinere Abmessungen haben. Das in der erdndungsgemäßen elektronischen Uhr zur Anzeige verwendete elektrochrome Material kann aus Titanat, Niobat, 4,4'-Dipyridiumat od. dgl. zusammengesetzt sein. Ausgenutzt wird bei der Erfindung die nach der Zusammensetzung unterschiedliche Verfärbungseigenschaft von elektrochromem Material, das auch nach Entfernen der Aktivierungsspannung seine Verfärbung bis zu einigen Stunden beibehält.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht auf ein elektrochromes Festkörperelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig.2a und 2b schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Prinzips des Elektrochromismus;

Fig. 3 die Anordnung der in einer numerischen Anzeige verwendeten Segmente;

F i g. 4 ein elektrochromes Element in einer zweifarbigen Anzeige bei einem anderen Ausführungsbeispiel;

F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf eine Uhr;

Fig.6 ein Blockschaltbild der Hauptbestandteile eines Ausführungsbeispiels der Uhr;

F i g. 7 den Verlauf des Treiber- bzw. Steuersignals für einen als »Sekundenanzeiger« verwendeten Doppelpunkt;

F i g. 8 den Verlauf des Treiber- bzw. Steuersignals für den Doppelpunkt bei einem anderen Ausführungsbeispiel des »Sekundenanzeigers«;

F i g. 9 den Verlauf des Treiber- bzw. Steuersignals für eine »Tagesanzeige«; und

Fig. 10 den Verlauf eines Steuersignals für eine Batterie-Warnanzeige.

In Fig. 1 ist eine Querschnittansicht auf ein elektrochromes Element 10 mit einer Festkörperschicht aus elektrochromem Material gezeigt, das auf F.lektronenbewegungen anspricht. Das elektrochrome Element 10 weist Substrate 56 aus transparentem Material, z. B. Glas, eine reflektierende Elektrode 58, eine aus Calziumfluorid, Siliziummonoxid, Magnesiumfluorid, u.dgl. zusammengesetzte Isolationsschicht 60, eine Schicht 62 aus elektrochromem Material, z. B. Wolframoxid, Nioboxid usw. und eine zweite Elektrode 64 auf. Die zweite Elektrode 64 hat optische Eigenschaften, ist im wesentlichen transparent und läßt Licht zur

ίο reflektierenden Elektrode 58 durch.

F i g. 2a zeigt die Modulation reflektierter Strahlung in bezug auf die Oberfläche der Uhr. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen einfallenden Strahl und das Bezugszeichen 14 den reflektierten Strahl. F i g. 2b zeigt das elektrochrome Material in dem durch Anlegung einer Spannung verfärbten Zustand. In Fig. 2b durchläuft der einfallende Strahl 12a die verfärbte elektrochrome Schicht 62a zur reflektierenden Elektrode 58, und danacii wird der reflektierte Strahl 14a entsprechend dem Zustand der elektroch<..?men Schicht 62a verfärbt.

Fig.3 zeigt die Anordnung von Segmenten für die numerischen Anzeigen, wobei sieben elektrochrome Elemente entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Elemeu vorgesehen sind. Durch Farbkombinierung dieser sieben Segmente 16 bis 28 können numerische Ziffern von 0 bis 9 zusammengesetzt und angezeigt werden. Bei dem bevorzugtem Ausführungsbeispie! ergeben beispielsweise die Segmente 16, 20, 24, 26 und 28 bei Verfärbung die Ziffer »2«.

F i g. 4 zeigt, daß getrennte Abschnitte eines Substrats in unterschiedlichen Farben dargestellt werden können, wobei entweder eine Art von elektrochromem Material auf der oberen Hälfte 52 und eine andere Art von elektrochromem Material auf der unteren Hälfte 54 angeordnet ist oder an das gleiche elektrochrome Material in den getrennten oberen und unteren Hälften gegensätzliche Spannungen angelegt werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das elektrochrome Material aus einer Mischung aus Kaliumchlorid und Seltene Erden-Element-Diphtalocyaninsalz in den getrennten oberen und unteren Abschnitten 52 und 54 eines Substrats angeordnet, und bei Anlegen von gegensätzlichen Spannungen an die beiden Abschnitte 52 und 54 verfärbt sich der eine Abschnitt grün und der andere Abschnitt braun.

In Fig.5 ist die Vorderfront einer Uhr gezeigt, bei der die den Namen des Herstellers bezeichnenden Buchstaben (30) durch das in F i g. 4 gezeigte elektrochrome Element gebildet sind, bei dem der obere Abschnitt braun und der untere Abschnitt grün erscheinen, wodurch tin interessanter Designeffekt rrzitit wird. Ferner werden der Monat und das Datum (32), der Tag (34), »AM/PM« (36), die Stunde und die Minute (38) sowie die durch einen Doppelpunkt (40) gegebene Sekundenanzeige und eine Batterie-Warnanzeige (42) angezeigt. Bei der Tagesanzeige erscheint der »Sonntag« in einer von den anderen Tagen abweichenden Farbe, indem eine Spannung entgegengesetzter Polarität an die gleichen Segmente angelegt wird. Gegebenenfalls kann auch die »AM/PM« Anzeige in zwei verschiedenen Farben dargestellt werden. Bei der »Sekundenanzeige« ändert der Doppelpunkt jede Sekunde seine Far'he. Die Batterie-Warnanzeige, die normalerweise unsichtbar ist, zeigt die Buchstaben »BATT.« an, wenn die Batteriespannung zusammenzubrechen droht. Die vorgenannten Funktionen sind bevorzugt, können jedoch auch durch andere Anzeige-

25 OO 251

funktionen ersetzt werden.

F i g. 6 zeigt ein Blockdiagramm der Anordnung eines Alisführungsbeispiels der Erfindung mit einer Oszillatorschaltung 44 zur Erzeugung eines Zeitnormals mit Hilfe eines Quarzkristalls, einer Stimmgabel oder einer anderen Einrichtung, einer Frequenzteilerschaltung 46 zur Herunterteilung der Frequenz der Oszillatorschaltung 44 auf eine Sollfrequenz, einer Treiberschaltung 48 zur Dekodierung und Erzeugung von Treibersignalen aus den von der Teilerschaltung 46 /ugeführten Signalen, einer Anzeigefläche 50 auf der Oberfläche der Uhr, einer Monats·. Datums- und »AM/PM«-Anzeigc 66. einer Tagesanzeige 68. einer Stunden- und Minutenanzeige 70. einer durch einen Doppelpunkt dargestellten Sekundenanzeige 72 und einer Batttrie-Warnanzeige 74.

Die von der Oszillatorsclialtung 44 als Zeitnormal entwickelten Signale werden mil Hüte der Teiierscnaitung 46 auf die erforderlichen Sollfrequenzen heruntergeteilt. Danach werden sie zur Anzeige in der Treiberschaltung 48 dekodiert, welche den für die Verfärbung ursächlichen Treiberstrom steuert. Der Treiberstrom wird dem elektrochromen Element 10 zugeführt, das die Farbe jedes Buchstabens auf der Anzeige-Frontplatte 50 ändert.

F i g. 7 zeigt den Kurvenverlauf des Treiberstroms für den der Sekundenanzeige dienenden Doppelpunkt 72. Als eiektrochromes Material wird für den Doppelpunkt ein solches Material gewählt, das eine extrem kurze Verfärbungsdauer hat, so daß bei Aufnahme eines Impulses aus der Treiberschaltung 48 der Doppelpunkt eine Verfärbung erfährt, unmittelbar nach der Unterbrechung des Treiberstroms das Bild des Doppelpunkts verblaßt und beim nächsten Stromimpuls wiederum verfärbt wird. Auf diese Weise wird abwechselnd eine Verfärbung und ein Verblassen des Doppelpunkts erzeugt.

F i g. 8 zeigt den Kurvenverlauf der Steuerstrombzw. Treiberstromwelle des der Sekundenanzeige dienenden Doppelpunkts bei einem anderen Ausführijnochpitnipl hpi <Hpm entgegengesetzte Ströme aneelegt werden, um das Bild zu löschen und zu erzeugen. Bei dieser Methode zur Verfärbung und Löschung des Doppelpunkts ergeben sich deutlichere Unterschiede.

F i g. 9 zeigt den Treibernellen-Kurvenverlauf für die Tagesanzeige 68. Ein eiektrochromes Material mit einer Langzeitverfärbung wird für diese Anzeige gewählt. Beim gegenwärtigen Stande der Technik is·, es mit jedem elektrochromen Material schwierig, den Verfärbungszustand f"r eine längere Dauer als 24 Stunden aufrechtzuerhalten. Um daher eine 24stündige Anzeige aufrechtzuerhalten, wird (I) ein Treiberstrommpuls an die Tagesanzeige 68 zu deren Verfärbung angelegt. (2) die Spannung unterbrochen und (3) ein neuer Treiberstrorn zur Erneuerung der Verfärbung angelegt, wenn die Farbe des elektrochromen Elements (10) zu verblassen beginnt. Diese Operation wird einige Male pro Tag wiederholt, um die Tagesanzeige kontinuierlich aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wird die Ansteuerzeit abgekürzt, und selbst bei einem geringfügig erhöhten Bedarf an elektrischer Energie ist diese bei weitem geringer als der Energiebedarf bei anderen Anzeigeelementen.

Zur Unterscheidung des Sonntags von den anderen Tagen durch unterschiedliche Farbgebung wird eine Spannung vorgegebener Polarität an die Tagessegmente von Montag bis Samstag angelegt, während eine

Spannung entgegengesetzter Polarität an die gleichen .Segmente für den Sonntag angelegt wird. Diese Methode ermöglicht eine zweifarbige Anzeige ohne Anordnungsschwierigkeiten. Das Umwechseln der Tage wird dadurch durchgeführt, daß zuniichst der vorausgegangene Tag durch Anlegung einer Spannung mit entgegengesetzter Polarität gelöscht und sodann die Anzeige des nächsten Tages mit einem Treiberstrom aktiviert wird. Daher ist der Impuls /wischen dem vorausgehenden Sonntag und dem Beginn des darauf folgenden Montags weg' π der Überlappung des Löschimpulses und des Treiberimpulses verlängert (F ig. 9).

Fig. 10 zeigt den Verlauf der Treiberwelle der Batterie-Warnanzeige 74. Zu diesem Zweck wird ein eiektrochromes Material mit einer langen Verfärbungsdauer verwendet. Eine in der Zeichnung nicht uargesieiiie Deiekiui.v.iialiiiM)j, die ΠΊϊί einer ebenfalls nicht dargestellten Batterie verbunden ist, mißt die Spannung. Wenn die Spannung gegen Ende der Batterie-Lebensdauer abzusinken beginnt, gibt die Detektorschaltung einen momentanen Impuls an die Warnanzeige, der zur Änderung der Farbe des elektrochomen Materials 62 führt, und unmittelbar vor dc:n Verblassen der Farbanzeige wird erneut ein Treiberstrom angelegt, der die Verfärbung ähnlich der zuvor erahnten Tagesanzeige aufrechterhält. Im Falle der Warnanzeige ist es jedoch nicht notwendig, eine entgegengesetzte Spannung anzulegen, da eine vorhergehende Anzeige nicht gelöscht s.u werden bracht. Es ist daher klar, daß die Anzeigemethode auch in diesem Falle wesentlich geringere Energie verbraucht als die Methoden herkömmlicher Art, bei denen lichtemittierende Dioden usw. dauernd zum Aufleuchten gebracht werden.

Dei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden elektrochrome Elemente als Anzeigeelemente für die Uhr genannt. Während die Eigenschaften elektrochromer Elemente zur Langzeitanzeige am besten geeignet sind, können erfindungsgemäß auch Fliissipkoitskristalle. LED und andere Anzeigeelemente in Kombination mit elektrochromen Elementen verwendet werden, wobei die zuerst genannten Elemente als Kurzzeitanzeigen und letztere als Langzeitanzeigen verwendet werden.

Wie oben beschrieben, nutzt die Erfindung die Eigenschaften elektrochromer Materialien wie folgt aus:

1. Die Fähigkeit zur Erhaltung des Verfärbungszu-Standes über eine Zeitdauer nach Anlege, einer Spannung:

2. Die Fähigkeit eines elektrochromen Materials zur Erzeugung von drei Farben durch Anlegen einer Spannung vorgegebener Polarität. Entfernen der Spannung und Anlegen einer Spannung der entgegengesetzten Polarität;

3. Unterschiedliche Arten von elektrochromem Material zur Erzeugung verschiedener Farben; und

4. Die sofortige Löschung oder Änderung einer vorhergehenden Verfärbung durch Anlegen einer Spannung von der vorhergehenden Spannung entgegengesetzter Polarität.

Bei Verwendung zum Anzeigezweck führen diese Eigenschaften zu beträchtlichen Energieeinsparungen ermöglichen die Herstellung einer kleineren, dünnerer Uhr mit einer kleineren Batterie mit großer Lebensdauer und zu besonderen gestalterischen Farbeffekten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Uhr mit mehrschichtigen elektronischen Anzeigeelementen für mehrere Anzeigefunktionen, einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Signals konstanter Frequenz, einer Frequenzteilerschaltung zur Herabsetzung der Frequenz des Oszillatorsignals, einer die Ausgangssignale der Frequenzteilerschaltung dekodierenden Treiberschaltung, die mit den Anzeigeelementen derart verbunden ist, daß letztere in Abhängigkeit von einem Signal der Treiberschaltung aktivierbar sind, wobei die Anzeigeelemente ein Substrat aus transparentem Material, eine auf dem Substrat angeordnete, optisch leitende Elektrode aus einem lichtdurchlässigen Material, wenigstens eine mit der optisch leitenden Schicht in Kontakt stehende Schicht aus elektrochromem Material und eine auf der der optisch leitenden Schicht gegenüberliegenden Seite der elektrochromen Materialschicht angeordnete reflektierende Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Treiberschaltung (48) zum Aktivieren und zum Aufrechterhalten des Aktivierungszustandes eines Anzeigeelements (10) angelegte Signal ein gepulstes Signal ist, daß das elektrocnrome Material (62) wenigstens eines Anzeigeelements so gewählt ist, daß es in Abhängigkeit von einer Polaritätsänderung des gepulsten Signals seine Farbe ändert und die geänderte farbe über die durch die Impulsdauer bestimmte Aktivierungszeit hinaus beibehält, und daß eine Isolierschicht (60) zwischen der Schicht (62) aus elektrochromem Material und der reflektierenden Elektrode(58) angeordnet L..

2. Uhr nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eJektrochrome Elemente (52,54) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Farben in einer Anzeige kombiniert sind.

3. Uhr nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das elekirochromc Material (62) eine Mischung aus Kaliumchlorid und Seltene Erden-Element-Diphihalozyaninsalz ist.

4. Uhr nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (48) so ausgebildet ist, daß Spannungsimpulsc mit entgegengesetzten Polaritäten an die elektrochromen Elemente (10; 72) zur Erzeugung unterschiedlicher Farben anlegbar sind.

5. Uhr nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (48) so ausgebildet ist, daß für die Kurzzeit-, z. B. Sekundenanzeige ein Spannungsimpuls vorgegebener Polarität an ein elektrochromes Element (72) zum Löschen einer Anzeige und ein Spannungsimpuls der entgegengesetzten Polarität an das elektrochrome Element zu dessen Aktivierung anlcgbar ist.

6. Uhr nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (48) so aufgebaut ist, daß eine Anzeige, z. B. eine Batterie-Warnanzeige (74), über wiederholte Verblassungsvorgänge dadurch aufrechterhalten ist, daß die Steuerspannung vor dem vollständigen Verblassen der Anzeige wieder angelegt wird.

7. Uhr nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß andere Anzeigcelemente, z. B. Flüssigkeitskristalle, lichtemittierende Dioden u.dgl. zur Kurzzeit· anzeige mit elektrochromen Anzeigeelementen (10) kombiniert sind.

8. Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet.

daß die elektrochromen Elemente (52, 54) wenigstfns zwei Arten von elektrochromem Material enthalten, die auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind.