DE2311508A1

DE2311508A1 - Elektrooptische anzeige fuer elektronische uhren

Info

Publication number: DE2311508A1
Application number: DE19732311508
Authority: DE
Inventors: Henri J Dr Rer Nat Oguey; Eric Andre Dipl Ing Vittoz
Original assignee: Centre Electronique Horloger SA
Current assignee: Ebauchesfabrik ETA AG
Priority date: 1972-03-08
Filing date: 1973-03-08
Publication date: 1973-09-20
Also published as: JPS48102670A; DE2311508B2; CH338272A4; CH563035A; FR2175148B1; FR2175148A1; JPS56757B2; DE2311508C3

Description

Paisntanvv'älte

DipUnc.C.W-iHach

Dipl. Ing. G. Koch

Dr. T. Haibach , . ο Q lic: η a

München 2 ¹* ¹⁵V 2311508

K*üfingerstr. 8, TaL 240275 8, März 1973

Centre Ele<jtronique Hör loger S.A. 2001 Neuchätel /Schweiz

Elektrooptisehe Anzeige für elektronische Uhren

Die Erfindung bezieht sieh auf eine elektrooptieche Anzeige für elektronische Uhren, die durch eine Spannungsquelle gespeist sind und eine Zeitbasis und einen Frequenzteiler aufweisen, wobei die elektrooptische Anzeige durch Zellen gebildet ist, die elektrouhromatisehe Materialien enthalten, die zwei unterschiedliche Aussehensformen annehmen können und die durch einen Codewandler gesteuert sind, dessen Ausgänge Zustandsgrößen liefern, die jeweils der Aussehensform entsprechen, die eine entsprechende Anzeigezelle haben soll, wobei die eine Aussehensform eine? Zelle einem stabilen Zustand und die andere der Aussehensformen einem quasistabilen Zustand entsprichV» der zur Aufrechterhai tung einen sehr geringen oder keinen Energieaufwand benötigt, während der Übergang von einem Zustand in den anderen die Zufuhr einer genau festgelegten Energie erfordert.

Es ist eine Vielzahl von Ausführungsformen von Uhren oder Chronometern bekannt, die auf unterschiedlichen Anzeigearten beruhen, wie z. B. Glühlampen-* Gasentladungs-Elektrolumineszenz-Flüssigkristall-Anzeigen usw. Es hat sich herausgestellt, daß alle bisher vorgeschlagenen Lösun-

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gen auf Schwierigkeiten stoßen ₉ wenn versucht wird, sie auf eine Armbanduhr anzuwenden, und zwar aufgrund der geringen Spannung und der geringen Kapazität der zur Verfügung stehenden Energiequelle. Diese Energiequelle ist im allgemeinen eine Quecksilber- oder Silberoxyd-Batterie* die eine Kapazität von 100 - 200 mAh aufweist und die eine Spannung von 1,35 - 1»5 V ergibt. Damit sichergestellt ist, daß diese Batterie ein Jahr lang ausreicht, muß der mittlere Stromverbrauch zwischen 10 und 20 raA für die gesamte Uhr liegen.

Eine noch wenig bekannte Möglichkeit zur Ausführung einer Anzeige für eine Uhr besteht in der Beinflussung der Absorptions- oder Reflektionseigenschaften eines Materials durch eine reversible elektrochemische Umwandlung. Xn die gleiche Kategorie kann die Anwendung von elektrochromatischen Materialien eingereiht werden. Mit dem Ausdruck "elektrochromatisch" aollen die verschiedenen Anzeigen bezeichnet werden, die folgende Eigenschaften aufweiseng sie besitzen zumindest zwei Zustände, die unterschiedliche optische Reflektions-» oder Absorptionseigensckaften aufweisen» Der dine dieser Zustände, der als hell bezeichnet werden soll, ist auf unbegrenzte Zeit stabil. Der andere Zustand,, der als dunkel bezeichnet werden soll, ist quasistabil, d. h« er erfordert zur Aufrechterhaltung einen.sehr geringen oder keinen Energieaufwand. Der Übergang von einem Zustand zum anderen ist unter der Wirkung einer elektrischen Erregung möglich und erfordert einen nicht vernachlässigbaren Energieaufwand ο Die Rückkehr in den stabilen Zustand kann ohne Energieaufwand erfolgen, oder^:öie^rfordert andererseits die , Zufuhr einer zusätzlichen Energie zu seiner Beschleunigung. Die mittlere Leistung 7, die erforderlich ist, um das periodische Ersel einen und Verschwinden eines beliebigen Zeichens mit einei Frequenz F zu h^wirV¹«» ksnn dusrou eine Gleichung zusammengefaßt werden:

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P > P + f Wt (1)

P ist die Mittlere statische Leistung, die erforderlieh ist, um einen der Zustände aufrecht zu erhalten, Vt ist der zum Übergang von einem Zustand zum anderen und zum Ausgangezustand zurück erforderliche Energieaufwand. Die elektrochromatisehen, in der vorliegenden Erfindung angewandten Materialien weisen die gemeinsame Eigenschaft auf, daß in der Gleichung (i) der zweite Ausdruck größer ist als der erste Ausdruck_s und zwar selbst bei sehr niedrigen Frequenzen erheblich unter 1 Hz. Weiterhin ist die Größenordnung dieses Ausdruckes derart, daß es zur Erzielung eines niedrigen Leistungsverbrauchs unerläßlich ist, die Frequenz der Übergänge von einem Zustand zum anderen auf ein Minimum zu verringern und die Energiezufuhr für jeden Übergang in Abhängigkeit von dem gewünschten optischen Effekt genau zu dosieren. Diese Schwierigkeit unterscheidet sich wesentlich von den Problemen, die die anderen Anzeigeprinzipien ergeben, und zwar sowohl die aktiven* {Anzeigen, die als Lichtquellen, wix'ken, wie z. B. Larapen, Slektrolumineszenzelemento uisw_r) „ als auch die passiven Prinzipien (Anzeigen, die auf der Eigenschaft von einigen Körpern beruhen, die ihr Aussehen bei Anlegen eines elektrischen Feldes verändern) , bei denen die verbrauchte Leistung an die Anzahl oder die Oberfläche der erregten Zeichen gebunden ist. Weiterhin sind die bekannten Schaltungen für diese anderen Arten von Anteigen nicht ftix* die Erregung von elektrochromatischen Materiellen geeignet, weil die Energie, die sie benötigen j. viel au groß sein würde«

Der· Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrooptische Anzeige für elektronische Uhren zu schsiffen, die einen sehr niedrigen Leistungsverbrauch

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h -

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer elektrooptischen Anzeige/auren aie iinKennseichen des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Aueführungsbeispielen noch näher erläuterte

In der Zeichnung zeigen: -.

Fig. 1 eine schematische Darstellung in Form eines Blockschaltbildes, die das Grundprinzip einer elektrochromatischen Anzeige für eine elektronische Uhr zeigt;

Figo 2 eine Armbanduhr mit einer numerischen Anzeige der Stunden und Minuten;

Fi.g. 3 ©ine Erregungsschaltung für eine einzige Ansseigezelle;

Fig« k ein Diagramm der Spannungen, des Stromes und dea entsprechenden Aussehens bei Erregung einer elektrochromatischen Anzeigeteile;

Fig. 3 ein Blockschaltbild oiner XSfir oder eines Chronometers mit einer elöktrockromatischen Anzeige;

Fig. 6 eine Ausführtaragsfornt einer numerischen Darstellung der Stunden und Minuten?

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Fig. 7 den Frequenzteiler der Uhr nach Fig. 5*

Fig. 8 eine erläuternde Darstellung, die die Numerierung der sieben Segmente einer Ziffer zeigt;

Fig. 9 ein Schema, das den Zusammenhang zwischen den angezeigten Ziffern, den Ausgangsvariablen des Frequenzteilers und den jedem Segment zugeordneten Zustandsgrößen zeigt;

Fig. 10 ein Prinzipschaltbild einer Speicherzelle;

Fig. 11 eine Schaltung einer Speicherzelle mit komplementären MOS-Transistoren;

Fig. 12 ein Prinzipschaltbild der Erregungsschaltung der elektrochroraatischen Anzeige;

Fig. 13 eine Erregungsschaltung nach Fig. 12, die komplementäre MOS-Transistoren umfaßt;

Fig« 1-U ein Schema zur Darstellung des Programmes der

Ausgangsgrößen des Teilers u&d der Steuergrößen der Anzeige während einer Minute;

In Fig» 1 ist das Prinzipschema einer Uhr mit elektrocfrromatischer Anzeige (affichage electrοchrome) dargestellt, wobei das Prinzip der Steuerung einer derartigen Anzeige erläutert ist» Die Uhr umfaßt eine Zeitbasis 1 bekannter Art. Dies kann &±n durch einen. Quarz, einen Metallresonator, eine RC-Schaltung, einen Radioempfänger usw« gesteuerter Oszillator sein« Diese Zeitbasis kann einen ersten Frequenzteiler umfassen, um zu einem Signal mit einer Frequenz von

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beispielsweise 1 Hz zu gelangen. Bas Ausgangssignal dieser Zeitbasis steuert einen Frequenzteiler 2. bekannter Art &n_g der vorzugsweise eine bestimmte Anzahl won Pinärstiafen umfaßt, die in Reihe geschaltet sind» Besblasmte Ausgänge dieses Teilers, die von Zwischenstufen kosu;ien und durch den großen Pfeil 3 symbolisiert sind,, sind mit einem Codewand» ler h verbunden, der eine logische Kombination der von ihm empfangenen Signale durchführt. Dieser Codewandler weist mehrere Ausgänge 5 auf, die das liefern« sas im folgenden als Zustandsgrößen bezeichnet werden soll« weil diese Zustandsgrößen den Zustand darstellen, In dem sich die Anzeige »u Jedem Zeitpunkt befinden soll. Diese Zustandsgrößen werden in eine Wähleinrichtung 6 eingeführt, die Verstärker umfaßt, deren Atisgänge 7 sait ,-»en Elektroden eines Anzeigeeleaentes 8 verbunden sind« Bei manchen bekannten Vorrichtungen ist diese Wähleinrichtung durch Ausgänge 9 des Frequenzteilers gesteuert, die im allgemeinen von den mit dem Codewandler verbundenen Ausgängen 3 unterschiedlich sind. Diese Wähleinrichtung kann entsprechend der Systeme unterschiedliche Funktionen haben,' wie z. B₀ eine Modulation der Dauer.der Signale, -aras sine Intensität sregelujng ermöglicht_B oder eine Matrisenfunktion, die eine Verringerung der Anzahl der Verladungen mit dem An» zeigeelement ermöglicht. Sin© Ba-iterie IG speist die Zeitbasis, den Frequenzteiler und die» Anzeige, iindem sie die Energie an alle Elemente liefert, die Energie benötigen» Dieses System-reicht nicht zur Steuerung einer elektr.ochromatiseilen Anaeigevorrichtung aus. Eiüe derartige Vorrichtung benötigt in der Praxis für jedes Slemesitarzeichen für den Übergang von einem Zustand 'stsm anderen eins genaue Energiezufuhr» auf die eine ssär geringe oder keine Erregu&gsIejj&mg* folgt, tarn diesen Zustand bis ziam nächsten Übergang aufrecht zu erhalten. Der Grundgedanke der Erfia-

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dung besteht in der Feststellung der Änderungen der Zustandsvariablen durch einen Änderungsdetektor 11. Dieser Detektor liefert über die Verbindungen 12 die zusätzliche Information, die es dex· Wähleinrichtung 6 ermöglicht, die für «ine richtige Erregung der Anzeige erforderlichen Impulse BU bilden. Dieser Detektor kann bei bestimmten Ausftihrungsformen mit der Wähleinrichtung in der gleichen Schaltung kombiniert sein. Bevor die Steuereinrichtungen für eine elektrochromatische Anzeige ausführlicher besenrieben werden, ist es erforderlich, kurz die Anzeige selbst sowie ihre Eigenschaften zu beschreiben·

Eine Uhr ait numerischer Anzeige der Stunden und Minuten ist in Fig. 2 dargestellt* Die Elementarzellen sind Segmente, die entsprechend der Erregung zwei unterschiedliche Aussehensformen annehmen können. Ein Segment wie z. B, 20 ist kaum sichtbar, während es sich im hellen Zustand befindet, weil sein« Farbe mit der des Hintergrundes 21 übereinstimmt. Ein Segment wie z. B. 22 ist gut sichtbar, weil es eine ausgeprägte Differenz in der Farbe oder der Tönung aufweist. Der übergang von einem Zustand zum anderen erfolgt graduell, für die Zwecke der numerischen Anzeige brauchen jedoch nur zwei unterschiedliche Zustände berücksichtigt zu werden, die zur Vereinfachung als heller bzw. dunkler Zustand bezeichnet werden. Die Segmente sind in bekannter Weise so angeordnet, daß eine Acht gebildet wird, wenn alle Segmente dunkel sind (23). Durch Kombinationen der hellen oder dunklen Segmente können alle Ziffern von O bis 9 sowie bestimmte Buchstaben dargestellt werden. Jede Ziffer mit Ausnahme der "1", die die Stunden-Zehner anzeigt, weist die typischen Abmessungen von 7x3 mm auf, wobei die Breite der Striche zwischen 0,3 und 0,6 mm liegt. Die Erregung bestimmter Segmente durch elektrische Einrich-

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tungen ermöglicht dl·*Anzeige der Stunde und der Minute mvisehen 1 h O Min und 12 h 59 Bin. Die Darstellung von OUhr - ist nicht üblich. Eine Auedehnung der Darstellung bis auf 24 Stunden iet möglich und ergibt keine Schwierigkeiten.

Flg. 3 zeigt eitle einfache Erregungsschaltung für eine elektrochronatische Anzeige· Bin Spannungegenerator 30 liefert bipolare Impulse an eine Anzeigezelle (Segment), die symbolisch bei 31 dargestellt ist, und zwar über einen Serienwiderstand RS 32· Die Spannung am Generator ist Uj und die Spannung an der Anzeige ist U-. Der gelieferte Stro· ist I.

Fig« 4 zeigt das Ergebnis einer typischen Messung, die an der Schaltung nach Fig. 3 durchgeführt wurde, Der Generator legt eine Spannung U. an, die sich in aufeinanderfolgenden Schritten Undert. Es ergibt sich ein Strom X durch R , der eine Umwandlung der Anzeigezelle hervorruft, die durch eine Änderung des Aussehens und durch eine Änderung der elektrischen Spannung U~ begleitet 1st. Es werden im weeentlichen vier Phasen unterschieden, die durch die Impulse des Spannungsgenerators bestimmt sind:

1. eine Ruhephase 41, in der sich die Zelle im klaren Zustand für eine unbegrenzte Dauer befindet; während dieser Phase sind die Spannungen und Ströme Null, und die Zelle soll vorzugsweise kurzgeschlossen sein, sie kann jedoch in gleicher Weise mit offenen Anschlüssen verbleiben;

2. eine Einschreibphase 42, die durch die Zuführung einer positiven Spannung durch den Generator hervorgerufen

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wird, was durch einen Strom begleitet ist. Daraus ergibt •ich in der Anseigeselle ein gradueller Übergang des hellen Aussehens zu einen dunklen Aussehen sowie eine anwachsende Spannung U₂ an den Klemmen der Zelle· Nach einigen Sekunden (42 s) 1st das endgültige Aussehen erreicht· Das Integral des Stromes stellt die der Zelle gelieferte Ladung Q dar ("3)

3· eine Aufrechterhaltungsphase 43» für die die Bedingungen derart sein Müssen, daß das Aussehen der Zelle in wesentlichen konstant bleibt. In manchen Fällen ist ein geringer Aufrechterhaitungsstrora erforderlich; der dadurch erzielt wird, daß eine Spannung U₁ angelegt wird, die sehr wenig über der Spannung ü« liegt, die den gewünschten Zustand entspricht· Dieser Strom soll einen Kriechst roe int Inneren der Zelle kompensieren« Wenn dieser Strom vernachlässigbar ist, reicht es aus, die Zelle während dieser Phase sich selbst zu überlassen, d. h. mit offenen Anschlußklemmen, um einen Entladungsstrom Über die äußere Schaltung zu vermeiden»

4. eine Löschphase 44, die durch Anlegen einer umgekehrten Spannung U₁ hervorgerufen wird, was einen Strom mit entgegengesetztem Vorzeichen einführt. Das Aussehen der Zelle geht von dunkel auf hell über. Diese Phase ist im allgemeinen langsamer (.4 s) und erfordert eine größere Ladung β zufuhr ( 40 yft,C) als für die Einschrelbphase. Sine Energieeinsparung ist jedoch möglich, indem die Löschphase durch eine Periode begonnen wird, in der die Zelle kurzgeschlossen ist, und Indes der Zyklus durch Zuführung einer negativen Spannung abgeschlossen wird.

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Nachdem anhand der Fig· 3 und k die Betriebe- und Anvendungsbedingungen einer Zeile beschrieben wurden, können ie folgenden die Schaltungen einer Uhr beschrieben werden, die eine elektrochrom*tiβehe Anzeige aufweist.

Fig. 5 steigt ein Blockschaltbild eine.« Chronometer β oder einer Uhr nit einer numerischen Anzeige der Hinuten, der Minuten-Zehner und der Stunden. Eine Zeitbasis 50, die ■it einem ersten Frequenzteiler kombiniert ist, liefert AuagangsiKpulee 51 ait einer Frequenz von 1 Hz. Ein darch 60 teilender Teiler 52 teilt die Frequenz der Ausgangsimpulse 51 bis auf ein Signal 53t dessen Periode eine Minute ist. Sin durch 10 teilender Teiler 5h teilt dieses Signal, so daß ein Signal 55 ersielt wird, das eine Periode τοη 10 Minuten aufweist. Ein durch 6 teilender Teiler 56 teilt dieses Signal derart, daß sich ein Signal 57 «it einer Periode von 1 Stunde ergibt. Dieses Signal steuert schließlich einen Ietaten, durch 12 teilenden Teller 58» Die Teiler 54, 56 und 58 weisen jeweils mehrere Ausgänge 59» &0 und 61 auf, die ait Codewandlern 62, 63 und 6k verbunden sind, deren Ausgange die Zustandsgrößen 65, 66 und 67 sind. Jede Zustandegröße ist einem Segment zugeordnet und stellt den Zustand dar, in dem sich das Segment befinden soll.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung weicht für die ihren Zustand häufig ändernden Größen wie z. B. die Minuten und die Minuten-Zehner etwa· von der für die ihren Zustand seitener ändernden Zustandsgrößen, wie z. B. für die Stunden, ab,

Für die ihren Zustand häufig ändernden Zustandsgrößen ist es wesentlich, den Stromverbrauch zu begrenzen, indem die Einschreib- und Löschvorgänge, die jedesmal eine bedeu-

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tend· elektrische Ladung verbrauchen, weitgehend verringert werden« In Übereinstimmung mit den Erregungsbedingungen einer Anzeigezelle, wie sie anhand von Flg. k erläutert wurden, muß die Vorrichtung die Änderungen der Zustandsgrößen feststellen und für jede Art der Änderung eine geeignete elektrische Erregung an die entsprechende Anseigezelle anlegen. Die Feststellung der Änderungen und die Steuerung .leder Zelle erfolgt «it Hilfe der Blöcke M und S, Die M-Blöcke 68 und 69 sind Speicherelemente, die die Zustandsgrößen 65 und 66 vor den Änderungen .speichern und die diese Information nach den Änderungen an den Ausgängen 70 und 71 wiedergeben. Eine Steuergröße 88 bestimmt die Schreib» und Lesephasen dieser Speicher. Die Aufgabe der S-Blöcke bzw. Wähleinrichtungen 72 und 73 besteht darin, die Zustandsgrößen 65 und 66 und die gespeicherten Größen 70 und 71 mit den Steuergrößen lh zu kombinieren, deren Funktion die Auslösung der verschiedenen Einschreib-, Aufrechterhaitungs-, LSsck- oder Ruhephasen ist. Diese Blöcke S umfassen außerdem Verstärker, die die für die Anzeige erforderlichen Spannungen und Ströme liefern können. Die Ausgänge 75 und 76 dieser Blöcke sind direkt mit den einzelnen Elektroden der elektrochromatischen Anzeige 77 verbunden, und zwar mit einer Elektrode pro Segment.

Für die ihren Zustand selten ändernden Grüßen kann man sich auf eine vereinfachte Organisation beschränken. Es 1st zulässig, daß die unnötigen LÖBOh- und Einschreibvorgänge dadurch durchgeführt werden ,daß z.B. alle dunklen Segmente gerado vor dem Stundenwechsel gelöscht und alle dunklen Segmente kurz nach dem Stundenwechsel eingeschrieben werden· Diese vereinfachte Organisation macht die Speicherfunktion unnötig. Ein Änderungsdetektor ist allen Anzeigesegmenten fUr die Stunden gemeinsam* Die-

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«er Detektor wird durch eine Kombination der Ausgänge des Teilers gesteuert, die eine Periode von einer Stunde haben, und «war unabhängig von der anzuzeigenden Information und damit der Zustandsgrößen. Die Zustandsgrößen 67, die der Stundenanzeige entsprechen, werden in eine Wähleinrichtung 78 eingeführt, in der sie rait den Steuergrößen 7^ kombiniert werden, un die Anzeige 77 über die Elektroden 79 zu erregen.

Jedes Ansβigesegment umfaßt zwei Elektroden. Die eine dieser Elektroden ist einzeln und bildet einen Teil der Gruppen 75» 7*> ^und 79* Die andere Elektrode 80 ist allen Segmenten gemeinsam. Sie kann an Masse gelegt werden. Ee ist jedoch hin und wieder vorteilhaft, sie durch eine Steuereinrichtung CEC 81 für die gerneinβame Elektrode zu steuern. Dies ermöglicht durch dl· Einführung einer einzigen Hilfsschaltung die Vereinfachung der Steuerung aller anderen einzelnen Elektroden. Dies ermöglicht weiterhin, daß für das gesamte System nur eine Speisespannungsquelle verwendet wird. Diese Steuereinrichtung Si wird durch geeignete Steuergrößen 82 gesteuert. Die Steuergrößen Jh und 82 werden durch logische Kombinationen der Zwischenausgänge 83, 8*4 und 85 des Teilers gewonnen, wobei diese Kombinationen in der Steuergrößeneinheit VC 86 ausgeführt werden. Die gesamte Vorrichtung wird durch zumindest eine Batterie 87 gespeist.

Bevor die Funktionen ubt Uhr oder des Chronometers nach Fig. 5 im einzelnen behandelt werden, 1st es erforderlich, die Forderungen einer numerischen Anzeige genauer zu behandeln. Fig. 6 zeigt eine typische Anzeige. Obwohl vier getrennte Ziffern gegeben sind, 1st es verteilhart, die balden Ziffern für die Stundenanzeige zu gruppieren

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und sie al· ein einzig·· Symbol H zu betrachten, das zwölf unterschiedliche Erscheinungsformen durchlaufen kann, die in der ersten Zeile dargestellt sind. Die Ziffer der Minuten-Zehner D kann sechs unterschiedliche Erscheinungsformen annehmen, die in der zweiten Zelle dargestellt sind. Die Ziffer der Minuten M kann zehn unterschiedliche Erscheinungsformen annehmen, die in der dritten Zeile dargestellt sind.

Die Tabelle 1 faßt einige Eigenschaften der numerischen Anzeige mit sieben Segmenten für die Stunden, die Minuten-Zehner und die Minuten zusammen. Die Anzahl der unterschiedlichen Erscheinungsformen jedes Symbols ergibt sich aus Fig· 6. Die gesamte Anzahl der Segmente ergibt sich in gleicher Weise aus Fig. 6, indem die Segmente jeder Zeile addiert werden«

Die mittler· Anzahl der dunklen Segmente ergibt sich a.-s einer Division der Gesamtzahl der Segmente durch die Anzahl der Erscheinungsformen· Die Dauer des Zyklus ist das Zeitintervall, das das aufeinanderfolgende Erscheinen der gleichen Ziffer trennt. Bei erneuter Betrachtung der Fig. 6 s eilt man fest, daß der übergang von einer Ziffer zur folgenden für jedes Segment vier Möglichkeiten ergibt:

1. Beibehaltung des hellen Zuständeβ

2. übergang vom hellen in den dunklen Zustand (Einschreiben)

3. Beibehaltung des dunklen Zustande

k₉ Übergang vom dunklen Zustand in den hellen Zustand (Löschen)

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D* ein· wesentliche Eigenschaft der elektrochromatisohen Anseige darin besteht, daß bei einer Zustandsänderung ein Energieverbrauch auftritt ,1st es wichtig, die Anzahl der ElnechrelbvorgHnge für einen vollständigen Zyklus zu kennen. Die Ansahl der Einechrelbvorgänge ergibt bei Division durch die Anzahl der Erscheinungsformen eines Symbols die mittlere Anzahl der Einschreibvorgänge und bei Division durch die Dauer des Zyklus in Minuten die mittlere Ansahl der Einschreibvorgänge pro Minute. Die Gleichung (2) im unteren Teil der Tabelle 1 gibt den mittleren Stromverbrauch für die elektrochromatische Anzeige in Abhängigkeit von dem mittleren Strom I_Q, der erforderlich ist, um ein •inaiges S«gm«at in dunklem Zustand zu halten (l_Q kann in Bianohen Fällen Null sein) und in Abhängigkeit von der zum Einsehreiben erforderlichen Ladung Q. und der sum Löschen •in·· «inslgen Segmentes erforderlichen Ladung Q₁ an. Die Ansahl K. der Einschreibvorgänge während eines Zyklus oder •in«r Period« ist gleich der Anzahl der Löschvorgänge. Der Faktor 60 gibt an, daß die Bezugsperiodendauer 60 see beträgt (Frequ«ns f » 1/60 Hz). Diese Gleichung (2) ist ein Spezialfall der Gleichung (i).

Ein· «rat· Art der Erregung der elektrochrom·tisehen Anzeige besteht darin, alle Segmente am Ende jeder Minute ■u löschen und Segmente von neuem zu Beginn der darauffolgenden Minute einzuschreiben. In diesem Fall ergibt sich •in· mittler· Ansahl N. von Einschreibvorgängen, dl· der mittleren Ansahl W der dunklen Segmente entspricht, beispielsweise t N. .

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Tabelle 1 Eigenschaften der numerischen Anzeige der Stunden und Minuten

mit 7-Segment-Ziffern

Syebol	Stunden	Minuten- Zehner	Minuten
Anz.d.unterschiedl .Brscheinungsf	12	6	10
Gesamtzahl der Segmente	62	27	49
Mittl .Anz *d .dunklen Segmente	5,17	4,50	4,90
Periodendauer	12 h	1 h	10 min.
Anz.d.Binschreibvorg.pro Periode	22(62)	10	15
Mittl.Anz.d.Einsohreibvorgänge	1,83(5,17) 1,67	1,5
Anz.d.Einschrelbvorg.pro Minute	0,03(0,09) 0,17	1,5

Gesamtzahl der dunklen Segmente

M_e - 5,17 + 4,50 + 4,90 - 14,57

Gesamtzahl der EinsohreibvorgMnge pro Minute

a) Minimum N_± - 0,03 + 0,17 + 1,5 = 1,70

b) bei vollständigem Löschen der Ziffer der Stunden bei Jedem Wechsels

N₁ - 0,09 + 0,17 J 1,5 * 1,76

■ . Mil—■————■— μ ι "' '" '—■■■■■' ■■ ■ ■ -IPiiι—— ι ■■ .■—ι. ■-i i—.-i.i ... ■ — _M—, _m, . ι

Mittlerer Stromverbrauch für die elektrochromatische Anzeige ' T . - K_sI_o + N₁ (Q₁ + Q_e) / 60 (2)

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Eine zweite Art der Erregung der elektrochromatiechen Anaeige besteht darin, ein vollständiges Symbol oder Zeichen am Ende der Periode, während der es sich nicht, ändert, zu löschen und das neue Symbol oder Zeichen zu Beginn dee darauffolgenden Zyklus einzuschreiben. Dies führt im Mittelwert zu einem Einachreiben von k,9 Segmenten pro Minute plus 4,5 Segmenten alle 10 Minuten plus 5»17 Segmenten alle 60 Minuten· Die Mittlere Anzahl der Einschreibvorgänge pro Minute ist damit:

Eine dritte Art der Erregung der elektrochromatischen Anzeige besteht darin, lediglich dann eine Betätigung vorzunehmen« wenn eine Änderung der Ziffer auftritt, wie beim zweiten Verfahren,jedoch in dem alle Segmente am Ende der Periode eingeschrieben werden und dann die gelöscht werden, die zu Beginn der folgenden Periode überflüssig sind. Dies führt zum Einschreiben und Löschen einer mittleren Anzahl von Segmenten, die wesentlich geringer ist als bei der aweiten Art, und diese Anzahl ist für eine Anzeige mit sieben Segmenten das Siebener-Komplement der mittleren Anzahl der dunklen Segmente. Die Zeitanzeige besteht bei diesem Verfahren im Einschreiben von ira Mittel 2,1 Segmenten pro Minute plus 2,5 Segmenten alle 10 Minuten plus 1,83 Segaenten alle 60 Minuten. Die mittlere Anzahl der Einschreibvorgänge pro Minute ist damit:

Eine vierte Art der Erregung der elektrochromatischen Anzeig· besteht darin, nur Einschreib- und Löschvorgänge

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bei den Segnenten durchzuführen, die eine Änderung erfordern. Indem aan systematisch bei allen Ziffern so vorgeht, gelangt Mn iur Anzahl, die in der Tabelle 1 berechnt wurdet K-^ β 1,70.

Man kann für jede Ziffer eine Erregung nach einer dieser vier Arten wählen. Bs ist jedoch möglich, je nach Ziffer unter·chiedllehe Arten oder Verfahren zu wählen. Beispielswelse zeigt die Tabelle 1 eine Variante an, die darin besteht, die Minuten und die Minuten-Zehner nach der vierten Art zu erregen, was zu einer minimalen Anzahl von Änderungen führt, während die Ziffern für die Stunden gemäß der zweiten Art erregt werden, indem sie jede Stunde vollständig einmal gelöscht und erneut eingeschrieben werden· Damit kommt man für die gesamte Anzeige zu einer mittleren Anzahl von N._ * 1,76 Einschreibvorgängen.

Die Wahl der Art oder des Verfahrens hängt von Erwägungen in bezug auf die Eigenschaften der Anzeige, die Grenze des zulässigen Verbrauche und die Kompliziertheit der Schaltungen ab.

Als zahlenmäßiges Beispiel erfordert die elektrochromatische Anzeige, deren Eigenschaften der Fig. k entsprechen, ein· Ladung von 70 /^C pro Segment und pro Änderung. Wenn weiterhin diese Anzeige einen mittleren Aufrechterhai« tungsstrom I_Q von 0,1 yu A pro Segment erfordert, ergeben die fünf Erregungsarten den mittleren Verbrauch, wie er in Tabelle 2 angegeben ist.

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Tabelle 2 Mittlerer Verbrauch bei den verschiedenen Arten der Erregung

Art der Erregung	1	2	3	4	5
Mittlere Anzahl der Einsohreibvorgtlnge N.	14.57	¹ 5.44	2.58	1.70	1.76
Stati·eher Verbrauch in ja A	1,46	1.46	1.46	i_r46	i_r46
Dynamischer Verbrauch in/U	17,0	*A	2,78	1.99	2.06
Geaaatverbrauch in uA	18,5	7.81	4,24	3.45	3.52

Bei einer Armbanduhr, bei der der zur Anceige verfügbare Strom nicht 4 A Überschreiten darf, sind nur die Arten der Erregung 4 und 5 brauchbar. Die Art Nr. 5 wurde ala Beispiel gewählt, weil aie eine gemischte Organisation (Fig. 5) zeigt und für die Stunden die Art Nr. 2 und für die Minuten und Minuten-Zehner die Art Nr. 4 verwendet·

Die folgenden Figuren zeigen im einzelnen die Schaltungen der Uhr oder dea Chronometers, dessen Blockschaltbild Fig. 5 zeigt.

Fig. 7 seigt einen Frequenzteiler, der ausgehend von einen Bezugssignal mit 1 Hz eine Reihe von Signalen liefert, die den Zwiaohenauagftngen A₀, B_ ... D- entsprechen. Dieser

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Teiler umfaßt in Reihe geschaltete Binärstufen oder Flip-Flop- Schal tunken 90 von bekannter Art, die jeweils einen Eingang T, «inen Eingang R und einen Ausgang Q aufweisen· De· Ausgangssignal lindert eich jedesmal dann, wenn das Signal an T von 1 auf O übergeht. Das Ausgangssignal wird jede saal dann auf O gebracht, wenn R auf 1 geht. Der Teiler UMfaßt weiterhin logische Einheiten wie z, B. 91, die best la* te Ausgänge der Binärstufen kombinieren und ein Rücksteilsignal wie z. B. R_Q liefern, wenn eine bestimmte Kombination der Zwischenausgänge erreicht ist. Die Deziaalziffer, die dieser Kombination entspricht, ist über jeder logischen Einheit angegeben. Auf diese Weise werden die gewünschten Perioden für die Ausgangssignale erzielt. Beispielsweise ist an Fq ein Signal erwünscht, dessen Periode 1 Minute sefa soll. Der Teiler weist sechs BinHrstufen auf, die normalerweise durch 6k teilen. Von sechs tür Verfügung stehenden Zwischenausgängen Aq, Bq, Cq, Dq, Eq, Fq sind vier, nämlich C_Q, Dq, Xq, Fq mit der logischen Einheit 91 verbunden, die die Binärkombination, die der Ziffer 15 entspricht, erkennt und au diesem Zeltpunkt die vier letzten Stufen auf Null zurückstellt. Das Teilerverhältnis der Kombination dieser vier Stufen und der logischen Einheit wird βomit von i6 auf 15 gebracht, und die Einheit der vier Stufen teilt durch 60. In gleicher Weise teilt die Gruppe der folgenden vier Binärstufen, die vier Zwischenauegänge A₁, B^, C₁, D₁ durch 10, und zwar aufgrund der Verbindung der Ausgänge B₁, C₁ und D₁ Bit einer logischen Einheit 92, die die binäre Kombination erkennt, die der Zahl 5 entspricht und die die entsprechenden Stufen auf Null zurückstellt. Die Gruppe der darauffolgenden drei Binärstufen, die drei Zwischenausgänge A₂, B₂, C₂ aufweist, teilt aufgrund der Verbindung der Ausgänge B₂ und C₂ mit einer logischen Einheit 93» die die der Zahl 3 entsprechende Binärkombination er-

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kennt und die entsprechenden Stufen auf Null zurückstellt, durch 6. Schließlich teilt die Gruppe dor vier letzten Binärstufen, die vier Zwischenausgängo A,,, Bu, C„₉ D, aufweisen, aufgrund der Verbindung der Ausgänge C„_s D- mit •iner logischen Einheit 94, die die der Zahl 3 entsprechende Binttrkombination erkennt und die entsprechenden Stufen auf Null «urttckeitellty durch 12. Der Teile liefert somit an Tq ein Signal mit einer Periode von einer Minute, an D₁ ein Signal alt einer Periode von zehn Minuten, an C_ ein Signal Hit einer Periode von einer Stunde und an D_ ein Signal, dessen Periode ssvölf Stunden sind.

Die" Codewandlereinheiten CC 62, 63 und 6k nach Fig. 5 sind Kombinationen von logischen Gattern, die direkt ausgehend von den Ausgängen 59, 60 und 61 des Toilers die Zustandsgrößen F <$5_t 66 und 67 bilden, die den logischen Zustand darstellen, in den sich jedes Anzeigesegmont befinden soll· Fig. 8 definiert den Zusammenhang zwischen den Anzeigesegaenten und den Zustandsgrößen F, Fig. 9 zeigt in Abhängigkeit von jeder anzuzeigenden Ziffer den Zustand (der durch Striche dargestellt ist, die den Wert 1 symbolisieren) der Ausgänge ABCD des Teilers und der Zustandsgrößen Fe Die logischen Gleichungen, die die Umwandlung der Größen ABCD in die Größen F ermöglichen, ergeben sich aus üblichen logischen Verfahren (Verringerung mit Hilfe der Karnaugh*sehen Tabellen beispielsweise). Die Tabelle 3 zeigt diese Gleichungen.

(Tabelle J Seite 21)

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Tabelle 3

Bildung der Zustandsgrößen F in den Codewandlern in Abhängigkeit von den Ausgangsgrößen des Teilers

Anzeige 1.Minuten 2.Minuten-Zehner

Zählung 0-1-2-..-8-9 0-1-2-3-4-5

Ausgangsgröße A.,B₁,C^,D₁ A^, B_n, C,

2.' 2'

Zustandsgröße

mil

- F.

ml7

3. Stunden 12-1-2-3-..-10-11

hy By Zy D₃

^Fhl - ^Fh₉

BCD + AB + ÄC BC +

B + ÄC B

B + D + ÄC + AC B + AC + AC

D+AB+ÄB+ÄS
C+D+AB+AB
D+ÄC+ÄB+BC+ABC
D+BC+ÄB+BC

B + Ä C+AB+AB B+ÄC-f-AC=F 3 B + C

ÄB+BCD+BD+AD D + ÄC + AB ABD" H-ACB+ÖD+ÄC+ÄB BD+ÄB+ÄC+ABÜ C-!-BD+ÄD+A3D BD+ÄC+Ä3+ABC+BC5 ABC+BD+ÄC+ÄB+BÖß BD + ABCD

Die Speicher 68 und 69 nach Fig. 5 können mit Hilfe einer Schaltung ausgeführt werden, die zwei Inverter und einen elektronischen Umschalter umfaßt. Fig. 10 zeigt das Prinzip einer derartigen Speicherzelle. Eine Zustandsgröße F wird über einen Schalter 100 an den Eingang eines Inverters 101 geführt. Der Ausgang dieses Inverters ist mit dem Eingang qines zweiten Inverters 102 verbunden, dem er die Größe M liefert. Der Ausgang des ,zweiten Inverters ist mit der anderen Klemme des Schalters 100 verbunden und liefert die Größe M. Eine Steuergröße K₁ bestimmt die Stellung des elektronischen Umschalters derart, daß für K₁ - \, G=F ist und für K₁ = 0, G=M ist. In der Stellung K₁ = 1 beeinflußt die Zustandsgröße F den Zustand der beiden Inverter derart, daß F=M ist.

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In der Stellung K₁ * O sind die beiden Inverter miteinander in Schleif· geschaltet« wsa ein bistabiles System ergibt und somit ein Speicherelement, das zeitlich unbegrenzt den Wert beibehält, den F sum Zeltpunkt des Überganges von K₁ κ O auf K₁ * 1 hatte.

Bisher wurde die zur Ausführung der vorher beschrie· benen Funktionen zu verwendende Technologie nicht erwähnt. Die Technologie der integrierten Schaltungen mit komplementären Metalloxyd-Halbleitertransistoren (MOS-Transistoren) ist fUr die Bedingungen, die eich bei einer Armbanduhr ergeben, gut geeignet, und sie soll daher zur Erlttuterung dor Ausführung einiger bestimmter Funktionen dienen. Ein« Speicherzelle nach dem Prinzip der Fig. 10, die 8 MOS-Transistor en umfaßt, ist in Fig. 11 dargestellt. Vier Tranaistoren 121, 122, 123, 124 sind n-Kanal-Trensistoren und vier Transistoren 125» 126, 127 und 128 sind p-Kanal-Transistoren. Die Transistoren 122 und 126 bilden den ersten Inverter, und die Transistoren 123 und 127 den zweiten Inverter· Der elektronische Umschalter umfaßt zwei Übertragungsgatter. Ein Übertragungsgatter besteht aus einen η-MOS-Transistor und einem p-MOS-Transistor, deren miteinander verbundene Kathoden den Eingang und deren miteinander verbundene Anoden den Ausgang bilden und deren Gatt-Elektroden jeweils mit einer Steuergröße und deren Komplement verbunden sind. Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle der Begriffe Kathode, Anode und Gatt-Elektrode auch dl· Begriffe Quelle, Senke und Steuerelektrode sowie dl· englischen Bezeichnungen Source, Drain und Gate verwendet werden, die alle gleichbedeutend sind. Das erste durch die MOS-Transistoren 121 und 125 gebildete Übertragungsgatter verbindet die Eingangsgröße F mit dem Eingang O dss ersten Inverters, wenn die Steuergröße K₁ * 1 und

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ihr Komplement K^ « O let. Dee «weite durch die MOS-Transistoren 12^ und 128 gebildete Übertragungegatter verbindet den Ausgang M des zweiten Inverters ait dem Eingang 6 de· ersten Inverters, wenn K₁ » Ο und K₁ ■ 1 ist. Diese Schaltung liefert somit die Größe M und ihr Komplement M, die die an al· gestellten Bedingungen erfüllt,

Die Blöcke S, VC und CEC nach Fig. 5 sind durch die Erregungsbedingungen der Anseigezellen bestimmt. Ea ist daait zweckmäßig, die Einrichtungen zur Erregung zu erläutern, bevor die übrigen Funktionseinheiten beschrieben werden. Xn Fig. 12 aind drei Anzeigezellen 110, 111, 112 dargestellt, dl· Jeweils getrennte Steuerelektroden 113, \ik bzw. 115 und «in· gemeinsame Elektrode 116 aufweisen. Eine erste Möglichkeit sur Steuerung jeder Zelle besteht darin, di· gemeinsame Elektrode mit Masse und jede getrennte Elektrode über «inen Serienwiderstand und Schalter mit einer oder mehreren positiven Spannungsquelle und einer negativen Spannungequelle zu verbinden. Der Vorteil diese» Schemas besteht in der Möglichkeit der gleichzeitigen Steuerung de· Xinschreibvorganges einiger Zellen und des Löschvorganges anderer Zellen. Fig. 12 zeigt ein anderes Schema, dessen Bauptvorteil in dor Verwendung einer einzigen Spannung?quellβ + U_fi für die Einschreib- und LBschvorgttnge besteht· Eine Hilfespannungequelle + U„ ist nur erforderlich, wenn eine Aufrechterhaitungsspannung erforderlich ist. Diese Spannungequelle wird nur mit einem sehr kleinen Strom belastet und kann ausgehend von + U- mit

Hilfe einer Spannungsregelspannung gewonnen werden (U_M liegt »wischen 0 und Ug). Das dargestellte Schaltbild zeigt, daß jede getrennte Elektrode wie z. B. 113 zum Einschreiben über einen mit der Klemme + UU der Spannungsquelle verbundenen ersten Schalter wie z. B. T_T1 in Reihe

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.- 2h -

■it eine» Widerstand R_T und zum Löschen über einen zweiten, ■it Mas·· verbundenen Schalter vie ζ. B. T_£. in Reihe rait eines Widerstand R- erregt wird. Die gerneinβame Elektrode ist ihrerseits Mit drei Schaltern T. _t Tj. und T_ß verbunden, die diese Elektrode Jeweils mit + U», mit + TJ., oder mit Masse verbinden.

Jede Zelle kann fünf unterschiedlichen Betriebszuständen ausgesetzt werden, und zwar je nsch der Kombination der geöffneten oder geschlossenen Schalter. Unter der Annahme, daß eine jedes Schalter zugeordnete ÜbertraguiigsgrEße T bei geöffnetem Schalter O und bei geschlossenem Schalter 1 1st, stellt die Tabelle k die fünf angestrebten Betriebezustände dar. In der dritten Spalte ist die Spannung an den Klemmen der Zelle duroh + 1 während des Einschreihens + 1/2 während des Aufrechterhaltene, -1 während des Löschens, und O während des Kurzschlusses symbolisiert. Ein X in einer belie bigen Spalte zeigt an, daß verschiedene Möglichkeiten be stehen (Innendifieren*). Die fünf rechten Spalten zeigen die für jeden Schalter erforderliche» Stellungen an_o

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Tabelle 4 Erregung einer Anzeigezelle nach Fig. 12

Symbol	Punktion	^ui-^TJc	^TA	T	■ T	^TI	^TE
M	Aufrechterhalten	1/2	O	O	1	1	O
CC	Kurzschluß	' O	O	1	O	O	1
E	Löschen	-1	1	O	O	O	1
I	Einschreiben	+1	O	1	O	1	O
• O	Leerlauf	X	X	X	X	O	0

Fig. 13 zeigt die Erregungsschaltung für Anzeigezellen, die mit MOS-Transistoren ausgeführt ist. Wie in Fig. 12 sind drei Zellen 110, 111, 112 dargestellt. Die getrennte Elektrode 113 einer Zelle, wie z.B. 110, ist mit der Anoden-Elektrode eines p-Kanal-MOS-Transistors 130, der durch das Komplement T-q der Größe T_T1 gesteuert wird, und dessen Kathode an der Spannung +Un liegt, und mit der Anodenelektrode eines n-Kanal-MOS-Transistors 131 verbunden, der durch die Größe Tp, gesteuert ist und"dessen Kathode mit Masse verbunden ist. Die Funktion jedes der Transistoren ist gleichzeitig die des Schalters und des Serienwiderstandes, die in Fig. 12 dargestellt sind. Ein Transistorpaar steuert die getrennte Elektrode jeder der Zellen. Die Steuerschaltung der gemeinsamen Elektrode 116 (unten in der Figur) kombiniert die logischen und analogen Funktionen. Die logischen Funktionen sind die Steuerung der Umschaltfunktionen über die Variablen T»,

und T.,, die gleiche

Wirkung auf die gemeinsame Elektrode 116 haben, wie die drei Schalter nach Fig. 12. Die analogen Funktionen sind die eines

Spannungsreglers, der eine Spannung

liefert, wenn es

erwünscht ist, daß eine Spannung U_M an die Anzeigezellen ange-

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legt wird. Der p-Kanal~MOS -Trans is tor 132 hat die Aufgabe eines einfachen Unterbrechers. Dieser Transistor ist gesperrt, wenn T_A * 1 (T_A = O) ist und er leitet, wenn T_A = 0 (T_A = 1) 1st. In diesem Zustand muß sein Widerstand ausreichend gering sein, damit der durch ihn hervorgerufene Spannungsabfall selbst bei dem maximal vorgesehenen Strom vernachlässigbar ist. Der η-Kanal-MOS-Trans is tor 133 kann drei unterschiedliche Funktionen entsprechend dem Zustand der beiden Steuergrößen Tg und Τ-, haben. Wenn TL « 1 (T_M » 0) ist, wird der Widerstand 134 von keinem Strom durchlaufen und die Vorgänge sind derart, als ob der MOS-Transistor direkt durch die Größe Tg gesteuert würde. Daraus folgt, daß der MOS-Transistor gesperrt ist, wenn T« « 0 ist, und daß er leitet, wenn Tg = ist. Die an den MOS-Transistor 133 gestellte Bedingung ist die gleiche wie für den MOS-Transistor 132 insoweit als der Spannungsabfall selbst für den größten vorgesehenen Strom vernachlässigbar sein soll. Schließlich wirkt für T_ß » 0 und T_M a 0 (T_M * 1) der MOS-Transistor 133 im Bereich einer mittleren Leitfähigkeit und als Serienregler,, Seine Gatt-Elektrode 135 wird durch eine Regelschaltung gesteuert, die durch die MOS-Transistoren 136, 137 und ^die zugeordneten Widerstände gebildet ist, und zwar derart, daß das Potential der gemeinsamen Elektrode Ho auf dem gewünschten Wert liegt. Die Punktion des MOS-Transistors I38 besteht in der Steuerung des Inbetriebsetzens der Regelschaltung, indem sie ermöglicht, daß sich ein Strom durch den Widerstand 139 ausbildet» Dieser Widerstand ist praktisch mit der Klemme +Ug verbunden, wenn T« * 0 ist. Die Aufgabe des durch die Widerstände l40 und l4l gebildeten Spannungsteilers besteht in der Verringerung der Spannung der Elektrode Ho auf einen Wert, der im Bereich des linearen Betriebsbereiches der Regelschaltung liegt. Die Aufgabe des durch die Widerstände 142 und 143 gebildeten Spannungsteilers besteht in der Ausbildung einer

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Bezugsspannung« die gleich der nominalen Spannung des
Punktes 144 ist, wobei diese Spannung über ein festes Verhältnis auf die Spannung der Elektrode 116 bezogen ist.

Nachdem die Bedingungen bekannt sind, die die Steuergrößen erfüllen müssen, kann der Teil der Einheit S nach Fig. 5
beschrieben werden, der nicht in der Schaltung nach den
Fig. 12 oder 13 eingeschlossen ist. Diese Einheiten kombinieren die Steuergrößen K mit den Zustandsgrößen F und
den gespeicherten Zuständen derart, daß die Anzeige richtig erregt wird. Die Steuergrößen sind Größen, die während bestimmter Vorgänge den Wert 1 und während anderer Vorgänge
den Wert O annehmen. Die Steuergrößen 3ind in der Tabelle definiert.

Tabelle 5 Definition der Steuergrößen

K. Beibehalten der Ziffern der Minuten und Minuten-Zehner sowie Steuerung der Speichel*

K₂ Kurzschluß und Einschreiben aller Ziffern

K Löschen der Ziffern der Minuten und Minuten-Zehner

K^ Einschreiben der Ziffern der Minuten und Minuten-Zehner

Kc Löschen der Ziffern der Stunden

Kr Einschreiben und Beibehalten der Ziffern der Stunden

K- allgemeine Steuerung der Änderung der Stunde.

Die logischen Gleichungen, die die Größen F und M, die für jedes Segment individuell sind, mit den Größen K, die für

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ir

das gesamte System gemeinsam sind, kombinieren, ergeben die Übertragungsgrößen T, die die Steuerung der Anzeige bestimmen, d.h. der oberen Schalter nach Fig. 12 oder der oberen Transistoren naeh Fig. IJ. Diese logischen Gleichungen sind von zwei Arten.

Wenn man gleichzeitig eine Zustandegröße F und eine gespeicherte Größe M festsetzt, so sind die Gleichungen der entsprechenden Übertragungsgrößen folgende:

Einschreiben: T_Im ■

Löschen: ^m ™ ■ ^{v 4Ώ} '^{v Λ KJ)}

Diese Gleichungen stellen die Lösung für die logischen Einrichtungen des Änderungsdetektors kombiniert mit den Steuereinrichtungen, die den Zeitpunkt und die Dauer der Perioden des Einsohreibens (K₂^ und K_g) und des LÖschens (Κ·*) sowie der Aufreohterhaltungsfunktionen (K.) und des Kurzschließens (K₂) bestimmen. Diese Gleichungen finden Anwendung auf die Funktion, die die Anzeige der Minuten und der Minuten-Zehner in dem Schaltbild nach Fig. 5 (Einheiten 72 und 73) steuern und stellen die Art der Erregung einer elektrochromatischen Anzeige mit einem minimalen Stromverbrauch dar.

Wenn man nicht über die gespeicherten Variablen verfügt, können die Vorgänge des LÖschens und Einsahreibens in richtiger Weise ablaufen, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

1. Steuerung der Perioden der Aufrechterhaltung und des Kurzschlusses auf der Basis der Zustandsgrößen F kombiniert mit den Hilfs-Steuergrößen Kg und K₃.

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-13-

2. Steuerung eines Löschvorganges auf der Basis der Zustandsgrößen P kombiniert mit einer Steuergröße Kc, die genau vor einer möglichen Änderung von P zugeführt wird. Nun empfangen nur die dunklen Segmente einen Löschstrom.

3. Steuerung eines Einschreibvorganges auf der Basis der Zustandsgrößen F kombiniert mit einer Steuergröße Kg, die die gleiche sein kann, wie die, die den Aufreohterhaltungsvorgang steuert.

Tatsächlich kann der Unterschied in der an ein Segment während eines Einschreibvorganges und eines Aufrechterhaltungsvorganges angelegten Spannung entweder auf der Seite der getrennten Elektrode jedes Segmentes oder auf der Seite der gemeinsamen Elektrode erreicht werden. Es wurde diese zweite Möglichkeit gewählt, die eine Vereinfachung der erforderlichen logischen Vorgänge zur Steuerung der einzelnen Elektroden ermöglicht.

Diese Vorgänge lassen sich durch die folgenden Gleichungen ausdrücken:

¹Ih - ^Ph^K6

TEh " h 2 ⁺ h 5

Diese Gleichungen finden Anwendung auf Funktionen, die die Anzeige der Stunden in dem Schaltbild nach Fig. 5 (Einheit 78) steuern. Sie stellen eine Ausführungsform der Erregung der Anzeigezellen mit vollständiger Löschung (hler der Stunden) bei jeder Änderung dar.

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Die Erregung der gemeinsamen Elektrode erfordert die Bestimmung von drei Übertragungsgrößen T_ft, Tg und T_M (sh. Tabelle sowie die Flg. 12 und 13). Diese Größen müssen mit den Steuergrößen K synchronisiert sein, die in den Gleichungen (3) und (4) auftreten. Sie werden wie folgt bestimmt:

¹A - ^K3 ^{+ K}5

¹B " ^K2 <5)

m -.If
Zu ■■ Λ«

Es muß noch die Folge der Phasen des Einsehreibens, des Aufrechterhaltens« des Löschens, des Kurzschließer oder des Leerlaufs, (offene Schaltung) festgelegt werden« Diese Phasen müssen den Zyklus von einer Minute für die Anzeige der Hinuten und der Minuten-Zehner sowie den Zyklus von einer Stunde für die Anzeige der Stunden berücksichtigen. Die Größen K,, Kp, K, und K^ haben einen Zyklus von einer Minute* verteilt auf mehrere Phasen, während deren die Größen abwechselnd die Werte O und 1 annehmen können, mit einer einzigen Ausnahme, die K₂ betrifft. Die Größen K₁-ZK und K₇ haben einen Zyklus oder eine Perlode von einer Stunde« Die Grude K₇ hat den Wert 1 zum Zeitpunkt einer Änderung der Stunde oder genauer zwischen der Mitte der 59. Minute und der Mitte der 60. Minute. Die Größen K₅ und Kg sind mit den Größen K₁ bis K^ synchronisiert und treten weiterhin nur dann auf, wenn K₇ den Wert 1 hat. Die Ausnahme bezüglich K₂ besteht darin, daß die eine der Kurzschlußphasen am Ende der 59. Minute unterdrückt 1st, um einen Löschvorgang zu ermöglichen. Die Tabelle 6 zeigt die Folge der Steuergrößen, die bei einer elektrochromatlschen Anzeige festgestellt wurde. Die beiden letzten Zellen der

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Tabelle geben die Dauer der Phasen und die Zeitpunkte an, die dem Übergang von einer Phase zur folgenden entsprechen.

Tabelle 6

Folge der Steuergrößen während einer beliebigen Minute (in Klammern sind die modifizierten Folgen am Ende der 59. Minute und zu Beginn der 6O. Minute dargestellt)

Phase Nr.	M	E	'für	i	K₂	(	1	2	0 . 2	3	4	16	5	6	7	i	0	8	6C
Vorgänge bei den Ziffern	CC	I		¹S	1	cc	E	0	1+	CC		M	CC	M		(D	cc
die Minuten und Minuten-	E	belieb.Minute		K₄					cc						0	(0)
Zehner	I	(59. Minute)
Steuergrößen	Vorgänge- bei den Ziffern	(6a Minute)			O	0		0	O	1	0	1			0
Minuten und Minuten-Zehner	der Stunden	ι Phasendauer (Sekunden)			1	0		.1	1	0	1	0.		48	1(0)
	Steuergrößen	Zeitmaßstab (Sekunden)			0	1		0	0	0	0	0			0
	Stunden . '	•		0	0		1	0	0	0	0		0
Allgem.		^K6	GC	O		cc	cc	M	cc	M		cc
Steuerung Stunden *	K				(D						(E)
	7 K₇	0	0		0	0	0	0	0		o(i')
^K7	0	0		0(1)	0	1	0	1		0
				0
				0

2	8			8		8		12
2
10 12









4



16 I

24 I" 40
32

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2311108

Die Wahl der Phasen wurde durch die folgenden Erwägungen stimmt:

Phase 1»

Der Beginn jeder Minute beginnt mit einem Kurzschluß, der an alle Segmente angelegt wird, die hell bleiben oder werden müssen. Dieser Kurzschluß leitet das Löschen der Zellen ein, die vom dunklen in den hellen Zustand überführt werden müssen und verringert die Ladung, die die Batterie für das Löschen liefern muß.

Phase 2:

Das Lösohen der Minuten-Segmente mud nach der Änderung der Zustandsgrößen erfolgen, weil die Steuerlogik die alten Größen (M) und die neuen Größen (P) gemäß der Steuergleiohungen (4) besitzen muß·

Phase 3 t

Das Einschreiben der Segmente der Minuten und Stunden kann gleichzeitig erfolgen, und zwar nach den Änderungen der Zustandsgrößen· Das Einschreiben der neuen Segmente wurde hinter das Löschen der alten Segmente derart gelegt, daß die übergehenden Symbole nicht den Ziffern entsprechen, die sich von der alten und der neuen anzuzeigenden Ziffer unterscheiden· Beispielsweise ist aus Pig. 6 zu erkennen, daß der Obergang von einer 3 zu einer 4 eine 9 ergibt, wenn mit dem Einschreiben des neuen Segmentes begannen wird, während sich ein Zeichen oder Symbol ohne Bedeutung ergibt, wenn mit dem Löschen der alten Segmente begonnen wird.

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Phasen 4 und 6:

Der Kurzeehlufl der hellen Segmente sohließt den Löschvorgang ab und stellt die Beibehaltung dieses Zustandes sicher.

Phasen 5 und 7t

Aufreehterhaltung der dunklen Segmente durch Anlegen der Aufreohterhaltungsspannung mit angenähert gleichen Intervallen. Dieser Aufrechterhaitungsvorgang 1st erforderlich, wenn der dunkle Zustand mit einem inneren Leckstrom in den Anzeigezellen verbunden ist, wodurch sich ein sehr langsames Löschen ergibt. Wenn dieser Strom vernachlässigbar Ist, d.h., wenn der dunkle Zustand während einer Periode aufrechterhalten wird, die größer als der Einschreibzyklus ist, so ist der Aufreohterhaltungsvorgang unnötig. Es reicht in diesem Fall aus, wenn die entsprechenden Zellen im Leerlauf betrieben werden.

Phase-8:

Allgemeiner Kurzschluß mit Ausnahme am Ende der 59. Minute, bei der vor der Änderung der Stunden das Löschen aller dunklen Segmente des Stundensymbols durchgeführt wird.

Fig. 14 zeigt die Änderung der Ausgangsgrößen des Teilers B₀, C₀, D_Q, E_Q, F_Q und der Steuergrößen K₁ bis K₇ während einer Minute in Abhängigkeit von der Zelt. Eine logische Kombination der Ausgangsgrößen des Tellers ermöglicht die Gewinnung Jeder der Steuergrößen. Dieser logische Kombination hängt von der für Jede Phase gewählten Dauer ab. Die Wahl der Perloden ist einerseits durch die Notwendigkeiten der Anzeige und andererseits durch die Wahl der einfachem Kombinationen der Ausgangsgrößen des Teilers bestimmt, während die Dauer eine sekundäre Rolle spielt (Aufrechterhaltungsund Kurzechluflphasen) · Die logischen Kombinationen, die Fig. entsprechen, sind folgende:

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. -β. D EP + D-- E P'
1 οοο ο ο ο

K₂..==	E O	V V K₅K₅	⁵O <^B.	•	<^Po	O⁺⁰O^	^{+ B}o ^Co	..^Do	J, * ' ·	1^A2
	B O	^Po' ί ~^l	JZl J		HP«
		¹⁵O ^Do
κ_β =	^Bl	+ K₄ K	A₁ D	1^A2^C2	^{+ F}o	A«, D
K_? m	^Cl ^B2

Die Gröi3en K., K^ und K₂, sind durch die Ausgangsgrößen des Teilers bestimmt, die oben in Pig. l4 dargestellt sind. Die Größe Κγ wird durch die Ausgangsgrößen des Teilers bestimmt, deren Periode langsamer ist (bis zu einer Stunde) und die "in Pig. 7 definiert sind. Die Größen K₂, K^ und Kg sind logische Kombinationen wie vorher. _

In der vorstehenden Beschreibung sind die logischen Kombinationsschaltungen nicht erwähnt, die den Systemen der Gleichungen (l) bis (6) gehorchen. Die Verfahren, die die Übertragung der logischen Gleichungen aif ein logisches Schaltbild mit UND-, ODER-, NOR-Gattern usw. ermöglichen, sind bekannt. Die Verfahren zur Ausführung der logischen Funktionen mit Hilfe von komplementären MOS-Transistoren sind in gleicher.Weise bekannt. Es ist daher überflüssig, die Kombinationsschaltungen des beschriebenen Systems insoweit darzustellen, als sie nicht zum neuen Konzept beitragen.

Patentansprüche: 309838/0945

Claims

Patentansprüche :

IJ llektrooptisehe Anzeige für eine elektronische Thr, die durch eine Spannungsquelle gespeist 1st und eine Zeitbasis und einen Frequenzteiler umfaßt, bei der die elektrooptisch« Anzeige durch elektrochromatische Materialien enthaltende Zellen gebildet 1st, die zwei unterschiedliche Aussehensformen annehmen können und die durch einen Codewandler gesteuert sind, dessen Ausgänge die Zustandsgrößen liefern, die jeweils dem Aussehen entsprechen, das eine entsprechende Anzeigezelle aufweisen soll, wobei die eine Aussehensfono einer Zelle einem stabilen Zustand und die andere dieser Aussehensformen einem quasi-etabilen Zustand entspricht, der zur Aufrechterhaltung einen sehr geringen oder keinen Energieaufwand erfordert, während die übergänge von einem Zustand zum anderen eine genau festgelegte Energiezufuhr erfordern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Änderungsdetektor (11) einer Wähleinrichtung (6) Informationen zum Auslösen der Einschreib- und Löschvorgänge der Anzeigezellen (B) liefert, und daß die wähleinrichtung (6) die der Anzeige (8) zugeführt Energiemenge dosiert, der-, art, daß der Zusammenhang zwischen den von dem Codewandler (4) gelieferten Zustandsgrößen und dem Aussehen der entsprechenden Anzeigezellen so sichergestellt ist, daß der Obergang von einem Zustand in den anderen mit einer minimalen Energiezufuhr erfolgt.

2. Elektrooptlsohe Anzeige nach Anspruch 1, bei der Jede Zelle zwei Elektroden umfaßt, von denen zumindest eine für jede Zelle getrennt ist und die andere mehreren Zellen gemeinsam ist, dadurch gekennzeichnet, daß

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die gemeinsame Elektrode (ll6) ein veränderliches Potential aufweist, das durch Steuergrößen (T_A, T_M, Ί^) steuerbar ist, daß nur eine Spannungsquelle vorgesehen 1st, und daß die Erregung jeder Zelle durch die Korabination der Verbindungen seiner getrennten Elektrode und der gemeinsamen Elektrode mit den Klemmen der Spannungsquelle bestimmt ist.

5. Elektrooptisch^ Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsdetektor (6) durch Ausgangsgrößen des Frequenzteilers (2) gespeist 1st, die in ihm derart kombiniert werden, daß die Steuergrößen geliefert werden, die die Einschreib- und Löschphasen bestimmen, wobei eine Gruppe der Steuergrößen einer Gruppe von Zellen derart entspricht, daß die Periode der Phasen der Steuergrößen mit der Periode zusammenfällt, die für die Änderungen der Aussehensform in dieser Gruppe bestimmt 1st.

4. Elektrooptlsche Anzeige nach Anspruch 2, bei der die Wähleinrichtung jeder Zelle einen Stromimpuls in einer ersten Richtung, damit diese Zelle von einem sogenannten . hellen Zustand in einen anderen sogenannten dunklen Zustand übergeht und einen Impuls mit umgekehrter Richtung derart zuführt, daß die Zelle vom dunklen Zustand in den, hellen Zustand zurückkehrt, dadurch gekennz e 1 ohne t , daß eine Steuergröße das Löschen der dunklen Zellen einer Gruppe hervorruft, kurz bevor der Codewandler eine Änderung der Zustandsgrößen anzeigt und daß eine andere Steuergröße das Einschreiben der neuen dunklen Zellen dieser Gruppe kurz nach der Änderung hervorruft.

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3?

5. Elektrooptisohe Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne t , daß eine Steuergröße das Einschreiben der hellen Zellen einer Gruppe etwas vor einer Änderung der Zustandsgrößen des Codewandlers hervorruft und diß eine andere Steuergröße das Löschen der neuen hellen Zellen dieser Gruppe in Abhängigkeit von dieser Änderung hervorruft.

6. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung, die jeder Anzeigezelle die Erregungsimpulse liefert, eine Kombination der Zustandsgrößen (P) mit den Steuergrößen (K) durchführt* die die Datier und die Folge der Phasen bestimmen.

7. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsdetektor eine logische Schaltung ist, die den tatsächlichen Wert (F) jeder Zustandsgröße mit dem Wert (M) vergleicht, den diese Zustandsgröße zu einem bestimmten früheren Zeitpunkt hatte, und daß dieser Wert (N) durch einen Speicher geliefert wird, in dem der Wert der Zustandsgröße zu diesem vorhergehenden Zeltpunkt gespeichert ist,

8. Elektrooptisohe Anzeige nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Funktionen der Wähleinrichtung und des Änderungsdetektors gleichzeitig durch eine Operationseinheit ausgeführt werden, die die Steuergrößen (K) mit den Zustandsgrößen (F) und den Größen (M) der gespeicherten Zustandsgrößen kombiniert.

9· Elektrooptisohe Anzeige nach einem der Ansprüche *>5* 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß

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— 3ο

zumindest eine Gruppe der Anzeige« die ihr Aussehen häufig ändert« derart erregt wird, daß lediglich die Änderungen der Zustandsgrößen Änderungen der einzelnen Zellen hervorrufen und daß zumindest eine zweite Gruppe der Anzeige, die weniger häufig ihr Aussehen ändert, derart erregt wird, daß bei jeder Änderung von zumindest einer der Zustandsgrößen dieser Gruppe alle Zellen einen Zwisohenzustand durchlaufen, der für alle diese Zellen identisch ist.

10. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Codewandler durch logische Kombinationsschaltungen gebildet ist, die an ihrem Ausgang direkt die Zustandsgrößen liefern.

11. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Elektroden (113* 11*. 115) Jeder Zelle (HO, 111, 112) und die gemeinsame Elektrode (ΐΐβ) über jeweils einen Transistor mit der einen Klemme der Spannungsquelle und über einen zweiten Transistor mit der anderen Klemme der Spannungsquelle verbindbar sind.

12. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze i ohne t , daß die Wähleinrichtung die Aufrechterhaltung des dunklen Zustandes einer Zelle über ein langes Zeltintervall durch intermittierende Zuführung einer Spannung sicherstellt, die etwas größer als die Spannung ist, die diese Zelle im dunklen Zustand aufweist.

13· Elektrooptische Anzeige nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichne t , daß der eine mit der gemeinsamen Elektrode verbundene Transistor Steuereinrichtungen derart aufweist, daß er entweder als

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33-

offenes Element mit hoher Impedanz» als geschlossenes Element mit niedriger Impedanz oder als Regelelement wirkt« das an der Elektrode eine mittlere Spannung aufrecht erhält, die geringer 1st als die der Spannungsquelle und die als Aufrechterhaitungsspannung dient.

lA. Elektrooptisohe Anzeige nach den Ansprüchen 2, 8 und 13* dadurch gekennzeichnet, daß vier Zustandegrößen zumindest einer Gruppe von Anzeigezellen zugeordnet sind, daß Jede Zustandsgröße den Wert "l" während eines bestimmten Vorganges und den Wert "O" während der anderen Vorgänge aufweist, da3 diese Zustandsgrößen den Vorgängen wie folgt zugeordnet sind: K₁ « Aufrechterhaltung des dunklen Zustandes, K« « Kurzschluß, K-, * Löschen, K^ « Einschreiben, daß diese Zustandsgrößen logisch mit den Qröfien F und M kombiniert werden, um eine erste über« tragungsgröße T₁ zu liefern, die den Wert 1 aufweist, wenn der eine der Transistoren, die mit der getrennten Elektrode verbunden 1st, diese mit der positiven Klemme der Spannungsquelle verbindet, und um eine zweite Ubertragung3größe T_£ zu liefern, die den Wert 1 aufweist, wenn der andere der dieser gleichen Elektrode zugeordneten Transistoren diese mit der Klemme der Spannungsquelle verbindet, und daß die logischen Kombinationen den folgenden Gleichungen gehorchen:

T₁-P (K₁ + H K₄)

T_E - P + K₂(M +

309838/0945

15. Elektrooptlsche Anzeige nach den Ansprüchen 2_t k 6 und 13, dadurch gekennzeichnet* daß drei Zustandsgrößen zumindest einer Gruppe von Anzeigezellen zugeordnet sind, daß jede Zustandsgröße den Wert ⁿl" zumindest während eines bestimmten Vorganges und. den Wert "O" während der anderen Vorgänge aufweist, daß diese Zustandsgrößen den Vorgängen wie folgt zugeordnet sind: K₂ = Kurzschluß und Einsohreiben, K₁- « Löschen, Kg - Einschreiben und Aufrechterhalten, daß diese Zustandsgrößen logisch mit den Größen F kombiniert werden, um eine erste Übertragungsgröße T₁ zu liefern, die den Wert "l^w aufweist, wenn einer der mit einer getrennten Elektrode verbundenen Transistoren dieser mit der positiven Klemme der Spannungsquelle verbindet, und um eine zweite Übertragungsgröße Tg zu liefern, die den Wert ^Ml" aufweist, wenn der andere der mit der gleichen Elektrode verbundenen Transistoren diese mit der negativen Klemme der Spannungsquelle verbindet, und daß die logischen Kombinationen den folgenden Gleichungen gehorchen:

T₁-PK₆

16« ElektrooptIsche Anzeige nach den Ansprüchen 9# Xk und 15* dadurch .gekennzeichne t , daß alle Zellen mit einer einzigen gemeinsamen Elektrode verbunden sind, deren Steuerung drei übertragung*funktionen T., T„ und Tjj zugeordnet ist, derart, daß für T_A <* I die gemeinsame Elektrode mit der positiven Elektrode der Spannungsquelle, für Tg-I die gemeinsame Elektrode mit der negativen Spannungsquelle und für T_M « 1 die gemeinsame Elektrode mit einer mittleren Aufrechterhaltungsspannung verbunden ist, und daß die Ubertragungsfünktionen mit d«n Steuergrößen durch die folgenden Gleichungen verbunden sind:

T. - K, + K_n. IL » Κ« T_m * K₁

^{3 5 2} " ^l