DE2440581A1 - Vorrichtung fuer elektroluminiszenzanzeige bei einer uhr - Google Patents

Description

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EBAUCHES S.A. - Neuenburg/Schweiz

Vorrichtung für
Elektroluminiszenzanzeige bei einer Uhr

Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speisung einer Elektroluminiszenzanzeige bei einer Uhr durch Impulse.

Ein Mittel für den Ersatz der mechanischen Anzeige einer Uhr zur Ausbildung der Anzeigezeichen besteht darin, Elektroluminiszenzdioden (nachfolgend abgekürzt mit LED-Dioden bezeichnet) zu verwenden. Deren verhältnismässig niedriger . Leistungsverbrauch ist vor allem ein Vorteil bei Uhren, welche durch Batterien angetrieben werden.

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Es ißt bekannt, dass diese LED-Dioden eine Licht— ausbeute haben, welche sehr oft mit dem durch sie durchfliessenden Strom zunimmt. In dieser Beziehung ist in den Fig. 1 und 2 der Relativwirkungsgrad in Punktion des Stromes dargestellt. In Pig. I handelt es sich um eine LED-Diode aus GaAsP, bei welcher der Wirkungsgrad noch bei Strömen in der Grössenordnung von 100 mA zunimmt. Pig. 2 erläutert den Wirkungs.-grad einer LED-Diode aus GaP, der bei einem Strom von etwa 30 mA ein Maximum erreicht.

Für eine Uhrenbatterie stellen diese Ströme trotzdem einen bedeutenden Verbrauch dar. Für Anzeigezwekke ist es jedoch nicht erforderlich die LED-Diode, die zum Leuchten gebracht werden soll, dauernd mit Strom zu versorgen. Man kann sie im Impulsbetrieb

unter der Voraussetzung speisen, dass die Impulsfrequenz nicht kleiner als 30 Hz ist. Das menschliche Auge empfindet dann das durch Impulse abgegebene Licht so, als wenn es sich um konstantes, dauernd abgestrahltes Licht handle. Derzeit sind verschiedene Speiseschaltungen für die Impulsspeisung von LED-Dioden bekannt, bei denen durch eine Kommutierschal tung der in eine Spule induzierte Strom durch die Diode fliesst, Es muss jedoch erwähnt werden, dass die derzeit bekannten Batterien einen verhältnismässig grossen Innenwiderstand haben und nicht grosse Spitzenströme abgeben können.

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Zur Lösung dieses Problems wird gemäss der Erfindung eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der die Speisequelle mindestens einen Kondensator zum voraus auflädt, der sich anschliessend durch Umschalten in einem elektroluminiszenten Anzeigeelement entlädt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 und 2 die Wirkungsgradkurven in Fuktion des Stromes für verschiedene Diodentypen, Figuren, auf welche bereits hingewiesen wurde,

Fig. 3 zeigt das Prinzip der Erfindung,

Fig. 4 erläutert durch Diagramme das Funktionieren der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 ist die vollständige Schaltung einer Vorrichtung gemäss der Erfindung zum Anzeigen von zwei Ziffern zu sieben Segmenten und einem Punkt, und

Fig. 6 zeigt Diagramme, welche für die Erläuterung des Funktionierens der Vorrichtung gemäss Fig. 5 bestimmt sind.

Wenn ein einziger Kondensator genommen wird, welcher abwechselnd über einen Widerstand oder durch eine Stromquelle geladen und dann über eine LED-Diode entladen wird, wird die Speisequelle der Vorrichtung nur impulsmässig belastet, und bevorzug-

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terweise soll der Verbrauch konstant sein. Zur Erfüllung dieser Bedingung können, wie dies in Fig.3 dargestellt ist, zwei Kondensatoren genommen werden, welche abwechselnd geladen und entladen werden. In Fig. 3 sind zwei Kondensatoren 1 und 2 ersichtlich, welche durch Stromquellen Il beziehungsweise 12 geladen werden, die zwischen eine Speisequelle +V-n-n und die Kondensatoren 1 und 2 geschaltet sind. An die positiven Klemmen der Kondensatoren sind die Emitter von zwei Transistoren geschaltet, deren Kollektoren gemeinsam mit der Anode einer LED-Diode 5 verbunden sind. Die Kathode dieser Diode 5 ist mit Masse verbunden.

Die Basis eines jeden Transistors 3 und 4 wird durch Impulse A und B gesteuert, welche in Fig. 4 dargestellt sind: B stellt nichts weiter als ein Komplementärsignal zu A dar, und in jeder Halbperiode des Signals A oder B kommt es zur abwechselnden Entladung des Kondensators 1 oder 2 in die LED-Diode 5. Aus Fig. 4 ist weiterhin das Verhalten der Ladeströme Iq₁ und I_c2 erkennbar, sowie das des Stromes, welcher durch die Diode 5 fliesst. Es ist ersichtlich, dass, während einer der Kondensatoren 1 oder 2 sich entlädt oder während einer der Transistoren (3 bzw. 4) offen ist, die entsprechende Stromquelle (Il bzw. 12) keinen Strom liefert. Wenn nun die Summe der Ströme I₀₁ und I_Cp gebildet wird und davon>der Strom 1^,-

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(dies ist ein Strom, der nur von den Kondensatoren geliefert wird) subtrahiert wird, dann gibt die Speisequelle +V_ßB einen praktisch konstanten Strom ab.

Wenn die Anpassung der Vorrichtung an eine zusammengesetzte Anzeige von Ziffern zu sieben Segmenten plus einem Punkt (somit acht Elemente pro Ziffer) gewünscht wird, kann dies beispielsweise mit acht Kondensatoren gemacht werden. Obwohl man daran interessiert ist, diese Anpassung zu vereinfachen, ist es derzeit schwierig, auf einfache Weise einen Kondensator zu integrieren.

Fig. 5 zeigt in dieser Beziehung eine Vorrichtung, bei der die Ziffern sequentiell gesteuert werden und bei der pro Ziffer die Elemente nacheinander durch zwei Kondensatoren gesteuert werden, die sich abwechselnd entladen und laden, womit eine Multiplexsteuerung der Anzeige erzielt"wird.

In F'ig. 5 sind die Kondensatoren 1 und 2 der Fig. 3 erkennbar. Die Stromversorgung des Kondensators 1 wird durch eine "Stromspiegelschaltung" gewährleistet, die aus den Transistoren 12 und 13 gebildet ist, deren Kollektoren an die Speisequelle +V_BB angeschlossen sind. Der Kollektor des Transistors 13 ist an eine der Klemmen des Kondensators 1 angeschlossen, dessen andere Klemme mit der Masse T verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 12, mit dem die

Basen der Transistoren 12 und 13 verbunden sind, ist an den Kollektor eines Transistors 8 angeschlossen, welcher zusammen mi t einem Transistor 9 eine weitere Stromspiegelschaltung bildet: ihre Basen und der Kollektor des Transistors 9 sind mit der Speisequelle

+Vtjtj durch ein Widerstandsnetzwerk verbunden, das im

aus¹ einem Photowiderstand 16 in Serie mit einem Widerstand 17 undjparallel zu diesen beiden, aus einem Widerstand 18 gebiloet wird. Die Emitter der Transistoren 8 und 9 sind mit dem Kollektor eines Transistors 6 verbunden, dessen Emitter mit der Masse T verbunden ist. An die Basis des Transistors 6 werden über einen Widerstand 19 die Impulse A angelegt. Die Vorrichtung, welche nachfolgend geschrieben wird, bildet eine Ladeanordnung für den ersten Kondensator 1. Praktisch öffnen und schliessen die Impulse A abwechslungsweise den Transistor 6; wenn dieser letztere offen (oder gesättigt) ist, legt das Widerstandsnetzwerk 16, 17 und 18 den durch den Transistor 9 fliessenden Strom fest. Der durch den Transistor 8 fliessende Strom wird somit durch das Verhältnis der Flächen der Transistoren 8 und 9 bestimmt. Die gleiche Erscheinung ergibt sich für die Stromspiegelschaltung 12, 13jund es wird ein impulsförmiger Ladestromverlauf für den Kondensator 1 erhalten. Parallel zu dieser Ladevorrichtung des Kondensators 1 ist die gleiche Vorrichtung für das Laden des Kondensators 2 angeordnet, die aus einer ersten Stromspiegelschaltung

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besteht, der die Transistoren 14 und 15 umfasst, und aus einer zweiten Stromspiegelschaltung, die aus den Transistoren 10 und 11 besteht, sowie aus einem Schalttr msistor 7, an dessen Basis über einen V/d !erstand 20 die Impulse B angelegt werden. Die Stronspiegel: chaltung 10, 11 verwendet zur Festlegung inres Stromes das gleiche Widerstandsnetzwerk 16, 17, 18 wie die Stromspiegelschaltung 8, 9. Die erste der beiden Anzeigeziffern wird aus LED-Dioden a_F, b_F, Cp, d_F, e_p, f_p, g_p gebildet und aus einem durch die LED-Diode p_p gebildeten Punkt; auf die gleiche Weise wird die zweite Ziffer durch die LED-Dioden a_Q, b_Q, c_G, d_G, e_G, f^, g_G und p_ß gebildet. Die Kathoden der Dioden a- bis p^ sind alle an den Kollektor eines Ziffern-Steuertransistors 29 angeschlossen, dessen Kollektor mit der Masse T verbunden ist und an dessen Basis Impulse P angelegt werden}

die Kathoden der Dioden a_n bis V_n sind mit dem Kolli ü

lektor eines Ziffern-Steuertransistors 30 verbunden, dessen Emitter auch mit der Masse T verbunden ist, während an seine Basis Impulse G angelegt werden. Die Dioden bilden die Segmente und die Punkte der beiden Ziffern haben zu zweit ihre Anoden gemeinsam, das heisst, dass die Anode der Diode a„ mit der Anode der Diode a_B verbunden ist, die Anode der Diode b« mit der Anode der Diode b_p usw., während gleichermassen die Anode der Diode p_G mit der Anode der Diode p_F verbunden ist. Diese Anodenpaare a_p, a„} bp,

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V ^CF» ^CG^{; d}F' V ^eP' ^eG^{; f}P' ^fG^{; g}F' ^gG* ^PF» ^PG sind mit den Kollektortn von Transistoren 21 bis 28 verbunden. Die Emitter der Transistoren 22, 24, 26 und 28, ieren Kollektoren an die geraden Segmente b_F, b_G; l_p, d_G; f_F, f_G und die Punkte p_p, p_G angeschlosst ι sind, sind mit der positiven Klemme des Kondensators 1 verbunden, während die Emitter der Transisi iren 21, 23, 25 und 27, deren Kollektoren an die ungeraden Segmente a_p, a_GJ c_p, c_G; e_p, e_G und g_p, <;_G angeschlossen sind mit der positiven Klemme des Kondensators 2 verbunden sind. An die Basen der !Transistoren 21 bis 28 werden Impulse a, b, c, d, e, f, g und ρ angelegt.

Fig. 6 erlaubt das Funktionieren der Vorrichtung der Fig. 5 besser zu verstehen. Dazu wird angenommen, dass alle Segmente und die beiden Punkte zum Leuchten gebracht werden müssen. Die Impulse F und G zeigen, dass die Transistoren 29 und 30 abwechselnd und während eines bestimmten Zeitintervalls T geöffnet sind, da die Periode eines jeden Signals 2% beträgt. Es ist ersichtlich, dass während dieses Zeitintervalls X die Signale a bis ρ nacheinander die Transistoren 21 bis 28 während Zeiten- t/8 öffnen, wodurch abwechselnd das Entladen der Kondensatoren 1 und 2 bewirkt wird. Zufolge der Impulse A und B wird, während sich einer der Kondensatoren über eine einzige Diode entlädt, sich der andere auf das Potential +V₅₅ aufladen, um anschliessend entladen zu werden, während der erstere

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sich seinerseits auflädt. Wänrend des anschliessenden Zeitintervalls t sperrt der Transitor 29» während der Transistor 30 leitetjUnd der Vorgang beginnt bei der · zweiten Ziί fer erneut. Die Anzahl Ziffern kann erhöht werden, ir. iem die Anoden der Anzeigedioden auch an die entsprechenden Kollektoren der Transistoren 21 bis 28 angeschlossen werden und indem pro zusätzliche Ziffer ein Ziffern-Steuertransistor zugefügt wird. Um somit beispielsweise drei Ziffern-Steuertransistoren (also drei Ziffera) zu steuern, sind Signale P¹, G^f und H' (Fig. 6) vorhanden, wobei die Impulsdauer T bleibt, die Periode aber 3τ wird. Somit wird sowohl für die Ziffern eine Polgesteuerung erhalten als auch eine Folgesteuerung für die Segmente und den Punkt einer Ziffer, während nur zwei Kondensatoren abwechselnd den für die Anzeige notwendigen Strom liefern.

Es muss bemerkt werden, dass bei diesem Verfahren mindestens immer ein Kondensator vorhanden ist,· der sich lädt, was bedeutet, dass die Speisequelle einen fast konstanten Strom liefert. Andererseits ist der von den Transistoren, welche die Spiegelschaltung bilden, abgegebene Strom durch den Ohmwert des Widerstandsnetzwerkes 16, 17, 18 (Pig.5) gegeben, ein Wert, der zufolge des Photowiderstandes 16 variieren kann oder der auf einen konstanten Kontrast gehalten werden kann. Tatsächlich kann bei einer schwachen äusseren Beleuchtung der Wert des Photo-

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-ΙΟ

Ι-

Widerstandes 16 groß sein, der abgegebene Strom wird klein *sein und die Kondensatoren 1 und 2 werden sich nur schwach laden; durch ihre Entladung wird somit wenig Energie an die Anzeigedioden abgegeben werden. Bei einer starken äußeren Beleuchtung wird der Wert des Photowiderstandes 16 klein sein, der abgegebene Strom wird groß sein und die Kondensatoren 1 und 2 werden sich auf ein höheres Potential aufladen; durch ihre Entladung wird somit mehr Energie an die Anzeigedioden abgegeben werden.

Aus dem Beispiel der Fig. 5 ist ersichtlich, daß bei dem Zustand der Impulse a, b, c, d, e, f, g und ρ nach Fig. 6 alle Segmente und die Punkte der Ziffern beleuchtet sein würden, aber es ist offensichtlich, daß mit Hilfe bekannter Mittel, beispielsweise durch Verwendung der Ausgänge eines BCD-Decoders gewisse Impulse (a und/oder b und/oder c usw) unterdrückt werden wurden, und zwar derart,daß auf der Anzeige nur die gewünschten Angaben erhalten werden. Nimmt man beispeilsweise an, die Ziffer f werde angesteuert oder adressiert, so ist der Transistor 29 leitend. Das bedingt einen gewissen Steuerstrom an der Basis. Werden bestimmte Segemente der Ziffer nicht angesteuert, kann der Transistor 29 während der entsprechenden Zeitintervalle gesperrt und damit eine gewisse Stromeinsparung erzielt werden.

Durch beispielsweise einen die Impulse A aufteilenden Oszillator ist es möglich, alle anderen Impulse auszubilden

und zwar die Impulse B, a, b, c, d, e_r f, g, p, F und G oder, anstelle von F und G, die Impulse F¹, G¹ und H¹. Dazu genügt es, an den Ausgang des Oszillators eine Reihe von Flip-Flopschaltungen hintereinander anzuschalten, deren entsprechende Ausgänge auf passende Weise verwendet werden können.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Speisen einer Elektroluminiszenzanzeige einer Uhr durch Impulse,

dadurch gekennzeichnet,

daß Mittel vorgesehen sind, um im Voraus mindestens einen Kondensator aufzuladen, und Mittel, welche ihn anschließend durch ein Elektroluminiszenz-Anzeigeelement entladen. ,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß Mittel abwechselnd zwei Kondensatoren laden, und dadurch, daß Mittel diese abwechselnd durch eine Anzeige entladen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zum Laden des Kondensators Stromquellen sind, welche durch Impulse gesteuert werden, und daß die Mittel

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zur Entladung der Kondensatoren Transistoren sind, welche als Schalter verwendet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Stromquellen zum Laden der Kondensatoren einen variablen Strom liefern, der durch einen Photowiderstand gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß Ziffern-Staiertransistoren als Schalter verwendet werden und durch Impulse gesteuert werden, die auf sequentielle Art ermöglichen, daß ein Strom durch diese Ziffern fließt, und dadurch, daß Segment-Steuertransistoren ebenfalls auf sequentielle Art ermöglichen, daß zwei Kondensatoren abwechselnd * durch die Segmente der Anzeigeziffern entladen werden.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ziffern-Steuertransistoren nur leitend sind, solange Segment-Steuertransistoren zur entsprechenden Ziffer leitend sind.

509822/0570 ORIGINAL INSPECTED