DE2515303B2 - Elektronische Armbanduhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Armbanduhr gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mechanische und elektromechanische Uhren, bei denen zur Zeitanzeige Zeiger verwendet werden, sind teilweise durch elektronische Uhren abgelöst worden, bei denen als Zeitnormal ein Quarzkristalloszillator verwendet wird und bei denen die Zeit mit Hilfe digitaler Lichtemissionsdioden- oder Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen dargestellt wird. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen sind hinsichtlich Zuverlässigkeit und Deutlichkeit der Anzeige problematisch und Lichtemissionsdioden haftet der Nachteil eines relctiv hohen Energieverbrauchs an.

In der DE-AS 25 00 251 findet sich der Vorschlag, für die Anzeigevorrichtung elektrochromes Material zu verwenden, das seine Farbe in Abhängigkeit von einer Polaritätsänderung eines angelegten gepulsten Signals ändert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische Armbanduhr der eingangs angegebenen Art verfügbar zu machen, deren elektrochrome Anzeigevorrichtung sich sowohl unter geringem Schaltungsaufwand als auch unter geringem Energieaufwand betreiben läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und im Unteranspruch vorteilhaft weitergebildet.

Zu bemerken ist noch, daß es aus der DE-OS 2100 273 bereits bekannt ist, in der Treibschaltung elektromechanischer Uhren MOS-Transistoren zu verwenden.

Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Schema zur Erläuterung des Oxidations-Reduktions-Zustandes organischer Farbstoffe,

F i g. 2 ein Schema zur Erläuterung des Oxidations-Reduktions-Zustandes eines Viologenfarbstoffes,

F i g. 3 ein transparentes Elektrodenmuster einer Anzeigezelle,

F i g. 4 eine Schnittansicht der Anzeigezelle,

Fig.5 den inneren Aufbau einer elektronischen Armbanduhr,

F i g. 6 das äußere Erscheinungsbild einer elektronischen Armbanduhr und

F i g. 7 eine Ausführungsform einer Schaltung der neuen Armbanduhr.

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 der Farbstoff zwischen parallele Elektroden gebracht wird und 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 wesentlichen 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, so daß die Anzeige Speichercharakter erhält. Diese Eigenschaften sind für eine elektronische Armbanduhr mit einer begrenzten Energiequelle hervorragend geeignet.

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

Der Oxidations-Reduktions-Zustand kann angesehen werden als ein Zustand, bei dem 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 des negativen Pols 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 werden, daß die transparente Elektrode an der Seite des negativen Pols vorne angeordnet wird.

Die anorganischen Farbstoffe können einzeln oder in Kombination z. B. in der Verbindung TiO₂-MoO₃ oder T1O2—WO2 verwendet werden. Je größer der Reduktionsgrad ist, desto dunkler ist 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 Obermäßig 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 Chinon (bzw. Diketon) hergestellt sind, geeignet.

F i g. 1 zeigt den Oxidations-Reduktions-Zustand dieser Stoffe. Darüber hinaus eignet sich Viologen, ein Abkömmling von 44' Dipyridyl. Bei diesem Farbstoff ist der Oxidationstyp farblos und der Reduktionstyp stellt sich blau bis purpurrot dar.

F i g. 2 zeigt den Oxidations-Reduktions-Zustand von Viologen. Mit X ist ein Halogenatom bezeichnet. Da das Redoxpotential dieses Farbstoffes -300 bis -450 Millivolt beträgt, genügt für die Steuerung eine kleine Spannung. Der Oxidationstyp kann in wäßrigem Alkohol geschmolzen werden. 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 jeweiligen 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 werden, 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.

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

Methylviologen
Benzylviologen
2,6-Dibromphenol

-0,446 Volt

-0363VoIt

0,217 Volt

In üen Fig.3 und 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

Fig.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 Farbstoff 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

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Armbanduhr. Fig.5a stellt hierbei eine perspektivische Ansicht dieser Uhr von oben dar und F i g. 5b von unten. Auf dem 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 F i g. 6 dargestellt

F i g. 7 zeigt eine Ausführungsform der in der erfindungsgemäßen Armbanduhr verwendeten Schaltung. Die Wirkungsweise der Schaltung wird unter der Annahme beschrieben, daß die Zeit der »Minuten«-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 Vio-Zähl-Decodiereinrichtung 702 ein Taktimpuls 701 des Ein-Minutensignals zugeführt. Außerdem wird jedesmal, wenn ein Taktimpuls angelegt wird, ein Segmentsignal zur Anzeige der Ziffern der »Minutenw-Einheit erzeugt. Ein »Zehnminuten«-Signal wird der nächsten Stufe einer Ve-Zähl-Decodiereinrichtung 703 jedesmal dann zugeführt, wenn zehn Taktimpulse angelegt worden sind. Die Schaltung ist so aufgebaut, daß die Anzeige eingeschaltet wird, wenn das Segmentsignal einen hohen Spannungspegel einnimmt. Durch Anlegen des Segmentsignals an die jeweilige Steuerstufe 718 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

V V

706 die Potentialdifferenz + -=- oder —γ zugeführt

bo wird. Wenn demgemäß an die gemeinsame Elektrode 706 das Potential + -^- angelegt wird und den Segn/intelektroden 707 die Spannung + V oder Null zugeführt wird, erfolgt die Anzeige. Da die Anzeigezelle b5 einen Speichereffekt aufweist, ist es, nachdem sie einmal zum Leuchten gebracht worden ist, wozu ihr eine bestimmte Strommenge zugeführt werden muß, nicht erforderlich, den Stromfluß konstant zu halten. In

ähnlicher Weise genügt es zum Löschen der Anzeige, nur eine bestimmte Strommenge in umgekehrter Richtung zuzuführen. Obgleich im Falle einer Segmentanzeige die Ziffern abhängig vom Anlegen der Taktimpulse geändert werden, 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 bei einem Schaltkreis 705 und einem Schaltsteuerkreis 708 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 708 werden durch Segmentsignale über UND-Glieder 711 und 712 zwei Arten von Ausgangssignalen zum Erleuchten und zum Auslöschen aus den monostabilen Kippstufen ausgewählt. Gleichzeitig wird beim Eintreffen des Steuersignals einer Flip-Flop-Schaltung 713 von einem ODER-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 Treibersignal 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 »Zehnstunden« zur Anzeige gebracht werden. Die Ausgangssignale der monostabilen Kippstufen 709 und 710 können jedoch nicht unverändert in den übrigen oberen Einheiten verwendet werden. Es werden deshalb UND-Glieder 715 und 716 und ein Flip-Flop 717 benutzt, und diese Glieder werden 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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektronische Armbanduhr, mit einer aus Anzeigesegmenten zusammengesetzten Anzeigevorrichtung mit Farbmaterial, dessen Farbton in Abhängigkeit von einem Oxidations-Reduktions-Zustand, der durch eine Dekodiereinrichtung bestimmt ist, änderbar ist, gekennzeichnet durch eine Schaltsteueranordnung (708) mit' einer Speicherschaltung (713), die den Anzeige- oder Löschzustand eines jeden Anzeigesegmentes (707) speichert, und eine den Anzeigesegmenten (707) vorgeschaltete MOS-Schalteranordnung (705), die von der Speicherschaltung (713) gesteuerte Schaltsignale erhält

2. Elektronische Armbanduhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überführung in den Anzeige- oder den Löschungszustand eine Spannung an das betroffene Anzeigesegment anlegbar ist, die etwa doppelt so groß wie die einer Gemeinschaftselektrode (706) zugeführte Spannung ist.