DE2515303A1 - Elektronische uhr - Google Patents

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212 313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsull 62-Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

75/8705

KABUSHIEI KAISHA SWJA SEIKOSHA 3-4-, 4—ch.OEie, Ginza, Chuo-ku

(Tokyo /Japan

Elektronische Uhr

Die Erfindung "betrifft eine elektronische Uhr, insbesondere Arnibandu.hr mit einem Oszillator als Pre quenznormal, dessen Ausgangssignal mittels einer logischen Schaltung heruntergeteilt und in ein Anzeigesignal umgewandelt wird, das durch eine Zeitanzeigeeinrichtung dargestellt wird.

Bei elektronischen Armbanduhren wird bekanntlich anstelle der Aufsugfeder einer mechanischen Uhr eine Batterie benutzt und

509842/0929

als Zeitnormal anstelle der Unruh, eine Stimmgabel. Ferner sind seit einiger Zeit Armbanduhren bekannt geworden, bei denen als Zeitnormal ein Quarzkristalloszillator dient, der eine besonders hohe Genauigkeit garantiert.

Obwohl somit bei Armbanduhren die mechanischen Bauteile durch elektronische Bauteile ersetzt worden sind, werden in den meisten "Fällen die üblichen Zeiger auf einem Zifferblatt zur analogen Zeitanzeige weiterverwendet. Es sind zwar auch bereits Uhren mit Lichtemissionsdioden oder Flüssigkristallen etc. die elektrisch betätigt werden, bekannt geworden, wobei !Wiederum die Zeit oftmals digital angezeigt wird, doch ist die Zeitanzeige bisher immer problematisch geblieben. Der Flüssigkristall weist Probleme hinsichtlich seiner Zuverlässigkeit und Deutlichkeit der Anzeige auf und die Lichtemissionsdiode hinsichtlich des Energieverbrauchs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektronischen Uhr eine deutliche Zeitanzeige zu ermöglichen, bei der die Zeichen einen hohen Kontrast aufweisen und die eine hohe Zuverlässigkeit bei geringer Stronaufnähme besitzt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zeitanzeige mittels eines Farbstoffes erfolgt, dessen Farbton sich umsteuerbar abhängig vom Oxidations-Reduktions-Zustand

509842/0929

ändert. Hierdurch wird eine deutliche Zeitanzeigeeinheit nit hoher Zuverlässigkeit und geringem Energieverbrauch geschaffen. Außerdem hat diese Zeitanzeige noch den Vorteil, daß die Anzeige mehrfarbig erfolgen kann, wodurch der kommerzielle Wert der elektronischen Uhr gesteigert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Einige zum Färben etc. benutzte Farbstoffe ändern ihren Farbton reversibel, d.h. steuerbar in Abhängigkeit vom Oxidations-Reduktions-Zustand. Es gibt den Oxidations-und den Reduktionstyp. In einigen Fällen stellt sich der Oxidationstyp mit dunkler Farbe und der Reduktionstyp mit heller Farbe oder farblos dar. Im Gegensatz hierzu stellt sich in einigen Fällen der Oxidationstyp farblos und der Reduktionstyp farbig dar. Einige organische Farbstoffe weisen außerdem zwischen dem Oxidationstyp und dem Reduktionstyp einen beträchtlichen Unterschied in der Löslichkeit in einem Lösungsmittel und in der Färbungseigenschaft auf.

Ob der Farbstoff zum Oxidationstyp oder zum Reduktionstyp wird, bestimmt sich durch die Differenz zwischen dem Potential, das festgelegt ist durch den Farbstoff, d.h. das Standardoxidations-Reduktionspotential und das Umgebungspotential. Damit kann, wenn

50984270929

der Farbstoff zwischen, parallele Elektroden gebracht wird lind an diese eine Spannung angelegt wird, bestimmt werden, ob der Farbstoff zum Oxidationstyp oder zum Reduktionstyp wird. Wenn zum Beispiel Farbstoffe vom Reduktionstyp zwischen transparente Elektroden in Form eines Anzeigemusters eingesetzt werden und es wird eine Spannung angelegt, um den Farbstoff vom Reduktionstyp zum Oxidationstyp zu ändern, dann wird eine dunkel gefärbte Anzeige erhalten.

Die Löslichkeit einiger Farbstoffe im Lösungsmittel wird klein und die Farbstoffe werden auf der Oberfläche der Elektroden entwickelt. Damit kann wahlweise eine Anzeige erhalten werden, indem an die Elektroden der gewählten Form wahlweise eine Spannung angelegt wird. Die Anzeige bleibt nach Wegnahme der Spannung erhalten. Da das Standardoxidations-Reduktionspotential (Redoxpotential) der meisten Farbstoffe 2 Volt und weniger beträgt, ist es nicht erforderlich, eine hohe Spannung anzulegen. Es ist ausreichend, wenn im wesent-, liehen der Strom so groß ist, daß er die zwischen den Elektroden und dem Farbstoff notwendige Anzahl von Elektronen liefert oder wegnimmt. Es ist somit eine extrem kleine Steuerstromstärke ausreichend. Da sich die Farbe vom farblosen oder hellfarbigen Zustand bis zum dunkelfarbigen Zustand ändert, wird ein hoher Kontrast erhalten. Die Anzeige bleibt so lange erhalten, bis ein umgekehrtes elektrisches Feld angelegt wird,

509842/0929

so daß die Anzeige Speiehercharakter erhält. Diese Eigenschaften sind für eine elektronische Armbanduhr ηit einer "begrenzten Energiequelle hervorragend geeignet.

Als Farbstoffe, die einen Oxidations- und einen Beduktionszustand, d.h.-. einen oxidierten und einen reduzierten Zustand einnehmen können, eignen sich in besonderer Weise von den anorganischen Stoffen, Molybdänoxid, Volframoxid, ITioboxid und Titanoxid. Diese Stoffe sind in Oxidationszustand vollständig farblos oder weiß gefärbt, während sie sich im reduzierten Zustand in blauer oder schwarzer Farbe darstellen.

Der Oxidations-Reduktions-Zustand kann angesehen v/erden als ein Zustand, bei dein Elektronen weggenommen "bzw. zugeführt werden. Wenn die Materialien zwischen transparente Elektroden gefügt werden und es wird eine Gleichspannung angelegt, dann werden diese Materialien auf der Seite d--;s negativen Poles der Gleichspannung, d.h. auf der Seite der Reduktion gefärbt. Bei einer Steuerung mittels einer Gleichspannung "bzw. eines Gleichstromes kann eine deutliche Anzeige dadurch erhalten v/erden, daß die transparente Elektrode an der Seite des negativen Poles vorne angeordnet xirir;i.

Die anorganischen Farbstoffe können einzeln oder in Kombination z.B. in der Verbindung IiOp-MoO- oder TiOp-WOp verwendet v/erden. Je größer der Reduktionsgrad ist, desto dunkler ist

509842/0929

auch die erhaltene Farbe. Dies wird durch eine Erhöhung der angelegten Spannung erreicht. Hierdurch wird auch die Geschwindigkeit der Erzeugung der Farbe erhöht. Dies scheint die Folge des Anwachsens der Anzahl von FärbungsZentren zu sein, die durch das Fehlen von Sauerstoff verursacht werden.

Die Anzeige wird ausgelöscht durch Anlegen eines umgekehrten elektrischen Feldes oder durch Erhitzen. Diese Vorgänge erzeugen die Oxidation. Selbst wenn die Oxidation "beim Löschen der Anzeige übermä3ig erfolgt, treten keine speziellen Probleme auf. Da die Farbstoffe in Form eines Pulvers oder eines dünnen Films verwendet werden,hängen ihre Eigenschaften von verschiedenen Punkten, wie dem Zustand des Pulvers oder des dünnen Films und der Auswahl der Elektrolyten und des Elektrodenmaterials ab, um die Spannung sicher anzulegen. Als organische Farbstoffe sind Hydrochinon (bzw. Dihydroxyphenol), die durch Reduzieren von Ghinon (bzw. Diketon) hergestellt sind, geeignet.

Fig. 1 zeigt den Oxidations-I«.eduktions-Zustand dieser Stoffe. Darüberhinaus eignet sich Viologen, ein Abkömmling von ¹V¹V* Dipyridyl. Bei diesem Farbstoff ist der Oxidationstyp farblos und der Reduktionstyp stellt sich blau bis purpurrot dar.

509842/0929

Pig. 2 zeigt den Oxidatioiis-Reduktions-Zustand von Viologen. Kit X ist ein Halogenaton "bezeichnet. Da das Redoxpotential dieses Farbstoffes -300 bis -4-50 Millivolt beträgt, genügt für die Steuerung eine kleine Spannung. Der Oxidationstyp kann in wässrigem Alkohol geschmolzen v/erden. Der Reduktionstyp ist schwer schmelzbar und wird auf die Elektrode aufgesprüht. Somit wird das auf die Elektrode aufgetragene Muster auf der Reduktionsseite zur Anzeige verwendet. Neben den genannten Stoffen ist auch Anthrazen etc. geeignet.

Der Farbton kann durch die Differenz im Standard-Redox-Potential des geweiligen Farbstoffes verändert werden, wobei zur Erzeugung verschiedener Differenzen verschiedene Arten von Farbstoffen gemischt oder die angelegte Spannung geändert werden können. Bei einer Anzeige unter Verwendung von vier Ziffern können die "Stunden" blau und die "Minuten" in einem bläulichen Purpurrot dargestellt werden. Andererseits können bei einer Anzeige unter Verwendung von vier Ziffern die "Stunden" und "Minuten" blau und das "Datum" und die "Sekunden" an der gleichen Anzeigestelle in bläulichem Purpurrot dargestellt v/erden, indem lediglich die angelegte Spannung geändert wird. Es ist auch möglich, einen Farbstoff,der im Oxidationszustand dunkelfarbig ist, mit einem Farbstoff, der im Reduktionszustand dunkelfarbig ist, zu mischen und sie gleichzeitig auf die positive und die negative Elektrode aufzusprühen bzw. aufzutragen.

509842/0929

<o

In der folgenden^Tabelle werden Beispiele des Redox-Potentials "bei einem pH-Wert 7 angegeben.

Methylviologen -0,446 VoIt

Bensylviologen -0,363 Volt

2,6 Dibromphenol 0,217 Volt.

In den Piguren 3 uncl 4 ist der generelle Aufbau einer erfindungsgemäßen Anzeigezelle dargestellt. Auf einer Grundplatte 301 aus Glas sind transparente Elektrodenmuster 302 gebildet. Die Glasplatte ist vorne angeordnet.

Pig. 4 zeigt in einer Schnittansicht den Aufbau der Anzeigezelle. An der gesamten Innenfläche einer rückseitigen Glasplatte 402 sind transparente Elektroden gebildet. Zwischen der vorderen Glasplatte 401 und der hinteren Glasplatte 402 ist ein Abstandhalter 403 vorgesehen. Im Spalt 404 zwischen diesen Elementen sind ein Parbstoff und ein Elektrolyt dicht eingeschlossen. Es ist auch möglich, die Anzeigezelle zu steuern, wenn auch auf der hinteren Glasplatte 402 ähnliche transparente Elektrodenmuster gebildet sind, wie auf der vorderen Glasplatte 401. Diese Maßnahme ist für eine mehrfarbige Anzeige geeignet.

Pig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Armbanduhr. Pig. 5a stellt hierbei eine per-

509842/0929

spektivische Ansicht dieser Uhr von oben dar und Pi~. pb von unten. Auf den oberen Teil einer gedruckten Leiterplatte 501 ist eine Anzeigezelle 502 angeordnet und auf dem unteren Teil eine integrierte Schaltung 503, ein Quarzkristalloszillator 504, eine Batterie 505 und ein Trimmer-Kondensator 506.

Das äußere Erscheinungsbild dieser elektronischen Armbanduhr ist in Fig. 6 dargestellt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der in der erfindungsgenäßen Armbanduhr verwendeten Schaltung. Die Wirkungsweise der Schaltung wird unter der Armahme beschrieben, daß die Zeit der ^MMinutenⁿ-Einheiten und der oberen Einheiten zur Darstellung gebracht wird.

Durch den als Zeitnormal dienenden Oszillator wird eine Schwingung erzeugt, dessen Frequenz durch eine Teilerschaltung bis zu einem Ein-Minutensignal heruntergeteilt wird. Es wird einer I/IO Zähl-Decodiereinrichtung 702 ein !Taktimpuls 701 des Ein-Hinutensignals zugeführt. Außerdem wird jedesmal, wenn ein Taktimpuls angelegt wird, ein Segmentsignal zur Anzeige der Ziffern der "Minuten"-Einheit erzeugt. Ein "Zehnminuten"-Signal wird der nächsten Stufe einer 1/6 Zähl-Decodiereinrichtung 703 jedesmal dann zugeführt, venn zehn Taktimpulse angelegt worden sind. Die Schaltung 13t so aufgebaut, daß

509842/0929

- ίο -

die Anzeige eingeschaltet wird, wenn das Segmentsignal einen hohen Spannungspegel einnimmt. Durch Anlegen des Segmentsignals an die jeweilige Steuerstufe 703 wird ein Ausgangssignal für die Ansteuerung der Anzeigezelle 704 erhalten. Die Anzeigezelle wird zum Aufleuchten oder zum Erlöschen gebracht, je nachdem, ob den Segmentelektroden 707 bezogen auf das Potential einer gemeinsamen Elektrode 706 die Potentialdifferenz + p- oder - p· zugeführt wird. Wenn demgemäß an die gemeinsame Elektrode 706 das Potential + ·* angelegt wird und den Segmentelektroden 707 die Spannung + V oder Null zugeführt wird, erfolgt die Anzeige. Da die Anzeigezelle einen Speichereffekt aufweist, ist es,nachdem sie einmal zum Leuchten gebracht worden ist, vrozu ihr eine bestimmte Strommenge zugeführt werden muß, nicht erforderlich, den Stromfluß konstant zu halten. In ähnlicher V/eise genügt es zum Löschen der Anzeige, rur eine bestimmte Strommenge in umgekehrter Richtung zuzuführen. Obgleich im Falle einer Segmentanzeige die Ziffern abhängig vom Anlegen der Takt impulse geändert v/erden, ist die Periode zwischen dem Aufleuchten und Löschen bei jedem Segment verschieden.

Wenn die Anzeigezelle bei jedem Segment so gesteuert wird, daß der Strom lediglich zu der Zeit fließt, zu der der beleuchtete in den gelöschten oder der gelöschte in den beleuchteten Zustand übergeführt wird, dann wird nicht nur der Energieverbrauch reduziert, sondern auch eine Verschlechterung der Anzeigezelle verhindert. Diese Gegebenheiten sind

509842/0929

bei einem Schaltkreis 705 und einem Schaltsteuerkreis berücksichtigt.

Die Impulsbreite von monostabilen Kippstufen 709 und 710 sind so vorbestimmt, daß sie die zum Erleuchten bzw. Löschen der Segmente notwendige Zeit eine Spannung liefern. Zur Triggerung dient der Taktimpuls 701. Im Schaltsteuerkreis 7O8 werden durch Segmentsignale über UKD-Glieder 7II und 712 zwei Arten von Ausgangs Signalen sum Erleuchten und zum Auslöschen aus den monostabilen Kippstufen ausgewählt. Gleichzeitig wird beim Eintreffen des Steuersignals einer Flip-Flop-Schaltung 713 von einem ODSR-Glied 714 ein Ausgangssignal geliefert, um entweder den erleuchteten oder ausgelöschten Anzeigezustand zu speichern. Dieses Signal wird dem dem gleichen Segment entsprechenden Schaltkreis 705 zugeführt, so daß ein Treib er signjil entweder durchgelassen oder gesperrt wird.

Auf die beschriebene Weise kann die Einheit "Minute" dargestellt werden. In ähnlicher Weise können die übrigen Einheiten "Zehnminuten", "Stunden" und "Zehnstunden¹¹ zur Anzeige gebracht werden. Die Ausgangscignale der monostabilen Kippstufen 709 und 710 können jedoch nicht unverändert in den übrigen oberen Einheiten verwendet werden. Es werden deshalb TJED-Glieder 715 und 716 und ein Flip-Flop 717 benutzt-

509842/0929

und diese Glieder., v/erden unter Verwendung des Ausgangsimpulses der vorhergehenden Stufe als Triggerimpuls geöffnet. Die Glieder werden wieder geschlossen, durch das Ausgangssignal des UND-Gliedes 716, das eine große Impulsbreite "besitzt. Es wird dann eine Pulsfolge der gleichen Periode und der gleichen Impulsbreite wie beim Ausgangstaktimpuls der betreffenden Einheit erhalten.

Wie bereits erwähnt, weist die erfindungsgemäße elektronische-Uhr eine hohe Zuverlässigkeit auf und ermöglicht es, die Zeit farbig anzuzeigen.

509842/0929

Figurenle~ende

Fig. 1 zeigt ein Schema zur Erläuterung des Oxidations-Redukfcions-Zustandes organischer Farbstoffe,

Fig. 2 zeigt ein Schema zur Erläuterung des Chridations-Reduktions-Zustandes eines Viologenfarbstoffes,

Fig. 3 zeigt ein transparentes Elektrodenmuster einer Anzeigezelle,

Fig. 4 zeigt eine Schnittansieht der Anzcigezelle,

Fig. 5 zeigt den inneren Aufbau einer erfindungsgeiaäßen elektronischen Armbanduhr,

Fig. 6 zeigt das äußere Erscheinungsbild einer elektronischen Annbanduhr gemäß dieser Erfindung, und

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer in der erfindungsgemäßen elektronischen Armbanduhr verwendeten Schaltung.

509842/0929

Claims (3)

1. BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER

   PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

   Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 56 2943/561998 Telex 04-186237

   75/8705

   Patentansprüche

   C\.) Elektronische Uhr, insbesondere Armbanduhr, mit einem Oszillator als Frequenznormal, dessen Ausgangssignal mittels einer logischen Schaltung heruntergeteilt und in ein Anzeigesignäl umgewandelt wird, das durch eine Zeitanzeigeeinrichtung dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitanzeige mittels eines Farbstoffes erfolgt, dessen Farbton sich reversibel abhängig vom Oxidations-Keduktions-Zustand ändert.
2. 2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitanzeige mittels eines Viologenfarbstoffes erfolgt.
3. 3. Elektronische Uhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitanzeige unter Verwendung von wenigstens zwei Farbstoffen erfolgt, deren Farbton sich reversibel abhängig vom Oxidations-Seduktions-Zustand ändert.

   509842/0929

   Leerseite