DE2757004C2 - Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Uhrzeit mittels selektiv erregbarer Elektrolumineszenzdioden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Uhrzeit mittels selektiv erregbarer Elektrolumineszenzdioden, die auf einer Skala in wenigstens zwei konzentrischen Kränzen angeordnet sind und die Uhrzeiger einer Analoganzeige simulieren, wobei die Skala oberhalb einer elektronischen Vorrichtung zur Bestimmung der Uhrzeit angeordnet ist, welche zusammen mit einer elektrischen Energiequelle in einem Gehäuse angeordnet ist.

Eine derartige Anzeigevorrichtung ist aus der DE-OS 45 539 bekannt. In ihr wird eine Festkörpervorrichtung zur Anzeige von Information durch elektrooptisch wirksame Elemente beschrieben, die zur Anzeige der Zeit in einer Uhr dient und bei der die Symbole an Stellen angeordnet sind, welche Positionen des oder der Zeiger bei herkömmlichen Uhren entsprechen. Ferner sind die Anzeigeelemente durch segmentförmige LichtiiKirkcn gebildet. Als bevorzugte Anzeigeelemente werden Hüssigkcitskrisnillc oder Elektrolumineszenziliodeu vorgeschlagen. Nachteile bei den Anzeigevorrichtungen mit Flüssigkciiskriv.allen ist ihre schlechte Ablesbarkeil bei ungünstigen. Lichtverhältnissen, wohinsegen bei Elektrolumineszenzdioden die Lichtausbeute nichts zu wünschen übrig läßt. Dafür verbrauchen diese Dioden derart viel elektrische Energie, daß eine permanente Zeitanzeige über einen längeren Zeitraum, beispielsweise ein Jahr, nicht möglich ist. Um die Lebensdauer der die Energie liefernden Batterie zu verlängern, wird die Zeitinformation nur bei Bedarf abgerufen und angezeigt.

Aufgabe der Erfindung ist, die Anzeigevorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 dahingehend weiterzubilden, daß auch bei dauernd eingeschalteter Anzeige eine sehr lange Batteriestandzeit ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß der Radius der Skala wesentlich kleiner als der Radius des Gehäuses ist, daß über der Skala ein optisches Vergrößerungssystem angeordnet ist, und daß der durch die Verkleinerung der Skala gewonnene Raum zur Volumenvergrößerung der elektrischen Energiequelle der Anzeigevorrichtung genutzt ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch die Verkleinerung der Skala und die damit zwangsläufig verbundene Verkleinerung der Elektrolumineszenzdioden der Stromverbrauch merklich gesenkt wird, und damit die Lebensdauer der elektrischen Energiequelle vergrößert wird. Durch die Verkleinerung der Skala wird Platz geschaffen, der für eine Volumenvergrößerung der elektrischen Energiequelle nutzbar ist. Um eine gute Lesbarkeit der Anzeige zu erreichen wird über der Skala ein optisches Vergrößerungssystem angebracht.

Ferner sollen nach Anspruch 2, für die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung Elektrolumineszenzdioden hoher Energieergiebigkeit verwendet werden, die eine Strahlung aussenden, für die das menschliche Auge eine gute Empfindlichkeit besitzt. Beide Forderungen, die hohe Energieergiebigkeit und das für das menschliche Auge ingenehme Licht erfüllt eine Diode auf Zinktelluridbasis, die ein gründes Licht ausstrahlt und im Energieverbrauch um den Faktor 10 unter dem Verbrauch anderer Dioden, z. B. solcher auf Galliumarsenidphosphidbasis, liegt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung besteht darin, daß ein automatisches, periodisches Leuchten der Elektrolumineszenzdioden erzeugt wird. Dadurch wird eine weitere Energieersparnis erreicht, die bei einem Tastverhältnis von 1 :1 den Energieverbrauch halbiert.

Weiterhin kann die Anzeigevorrichtung mit einem optischen Vergrößerungssystem ausgestattet werden, das praktisch den Bedingungen von Weierstrass genügt. In der Zeitschrift »Die Uhr, Uhren, Juwelen, Schmuck«, 1976, Heft 9, und in der CH-PS 2 98 953 werden Vergrößerungsvorrichtungen beschrieben, die einzelne Ziffern oder Ziffernfolgen einer Uhrenskala vergrößern. Wenn diese Vorrichtungen auf die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung angewandt würden, entstünde ein mit Randunschärfen behaftetes Bild. Deshalb wird bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung vorteilhafterweise ein Vergrößerungssystem benutzt, das praktisch den Bedingungen von Weierstrass genügt und das eine gut ablesbare scharfe Abbildung der gesamten Skala ermöglicht. Durch ein solches System wird eine

Abbildung der Skala gewährleistet, die weitgehend von Abbildungsfehlern befreit ist. Die Bedingungen von Weierstrass (siehe Bergmann-Schäfer Band 3, Optik, 1974 6. Auflage, Seite 57 ff.) schreiben eine bestimmte Anordnung des optischen Systems und dos abzubildenden Gegenstandes bei einem vorgegebenen Brechungsindex des Linsenmaterials vor, um eine abberationsfreie Abbildung zu gestatten.

Das optische Vergrößerungssystem kann allerdings auch aus einer Linse mit Fresnel-Abstufungen bestrhen, die den Vorteil einer sehr flachen Bauweise aufzuweisen hat.

In einer weiteren Ausführung besitzt die Skala einen exzentrischen Kranz aus Elektrolumineszenzdiode^ die z. B. die Sekunden anzeigen können, wodurch für den Benutzer in verstärktem Maße der Eindruck einer konventionellen, gewohnten Zeigeruhr entsteht.

Weiter kann die Skala Mittel zur auf den Befehl der Bedienungsperson ansprechenden Zifferanzeige des Datums besitzen. So kann der Benutzer bei Bedarf auf Knopfdruck neben der Uhrzeit auch das Datum ablesen.

Um die Skalierung der Zifferblätter übersichtlicher zu gestalten, können die die Skala bildenden Kränze aus Elektrolumineszenzdioden mit unterschiedlichen Ausstrahlungsfarben bestehen. Dies erleichtert gerade bei Dunkelheit die Orientierung auf dem Ziffernblatt.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher beschrieben.

— Die F i g. 1 veranschauchlicht ein Ausführungsbeispiel einer Uhrenskala;

— die F i g. 2 ist ein Diametralschnitt, der schematisch die Bestandteile einer Uhr darstellt;

— die F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführung einer erfindungsgemäßen Skala;

und — die Fig.4 stellt in Blockschaltbildform eine Vorrichtung zur Bestimmung der Uhrzeit und zur selektiven oder wahlweisen Erregung der Dioden einer Uhr dar.

Das Gerät, das als Beispiel für die Beschreibung der Erfindung dient, ist eine Uhr 10 der in der Fig. 2 dargestellten Art. Selbstverständlich kann die Erfindung auch für jedes beliebige Gerät zur Uhrzeitanzeige verwendet werden.

Die in der Fig.2 dargestellte Uhr 10 besitzt ein Gehäuse oder einen Rahmen 12, der einerseits ein Schutzglas 14 und andererseits einen Boden 16 aufweist. Das Gehäuse 12 schließt eine elektronische Vorrichtung 18 zur Uhrzeitbestimmung ein, die in ihrem oberen Teil mit einer Skalfl 20 der in der F i g. 1 gezeigten Art versehen ist und von einer elektrischen Energiequelle 1 gespeist wird. Die Skala 20 ist ferner einem optischem System 23 zugeordnet, das die Aufgabe hat, die Skala zu vergrößern. Die Vorrichtung 18 ist auch mit einem Knopf zur Uhrzeiteinstellung (nicht dargestellt) außerhalb des Gehäuses verbunden.

Die in der F i g. 1 dargestellte Skala 20 besitzt zwei konzentrische Kränze 22, 24, von denen jeder 60 Elektrolumineszenzdioden 26, die in der F i g. 1 in Form von radialen Segmenten dargestellt sind, enthält. Die außerhalb des Kranzes 22 liegenden Punkte 28 sind Bezugsmarken jeder Stunde. Zusätzlich besitzt die Skala 20 eine nummerische Datumsanzeige 30, die von vier Mosaiken mit sieben Segmenten aus Elektrolumineszenzzellen gebildet wird und vorteilhafterweise betätigt wird, um während einer kurzen Zeitdauer erregt zu werden.

Die Analoganzeige der Uhrzeit durch die in der Fig. 1 dargestellte Skala 20 erfolgt in der folgenden Weise: Der kleine Stundenzeiger wird durch die Strahlung einer Diode 24a des inneren Kranzes 24 und der große Minutenzeiger durch die Strahlung einer Diode 24b des inneren Kranzes und der radial

"' entsprechenden Diode 22a des äußeren Kranzes 22 symbolisiert. Die Spitze des Sekundenzeigers kann durch die Strahlung einer Diode 22b des äußeren Kranzes 22 symbolisiert werden. Auf der in der Fig. 1 gezeigten Skala 20 liest man 7 Uhr 47 Minuten, 5 Sekunden ab.

Die Uhrzeitanzeige in dieser Form erfordert die Verwendung von 60 Dioden je Kranz, damit der Minutenzeiger gut dargestellt werden kann. Dieses Format hat auch den Vorteil, dem Stundenzeiger die

' relative Stellung zu geben, die er normalerweise auf mechanischen Uhrzeitanzeigegeräten hat. Die F i g. 1 veranschaulicht dies sehr gut. Der kleine Zeiger befindet sich genau zwischen den Kennmarken der Ziffern 7 und 8 jedes Uhrzeitanzeigegerätes analoger Art. Tatsächlich kann der kleine Zeiger fünf Stellungen einnehmen, wenn der große Zeiger einmal um die Skala dreht, wozu sich die Diode 24a alle 12 Minuten ändert. Selbstverständlich ist die genaue Zeitangabe, die dieses Format gibt, nicht immer notwendig, so daß es möglich ist, die Anzahl der

' Dioden des inneren Kranzes 24 zu verringern. Die Fi g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer abgewandelten Ausführungsart der Erfindung.

Da die Skala der Fig.3 von den selben Elementen wie die der F i g. 1 gebildet wird, werden diese durch die

' gleichen Bezugsziffern, abgesehen von der besonderen Bezeichnung der Dioden, gekennzeichnet. Der bauliche Unterschied zwischen den zwei Skalen besteht darin, daß der innere Kranz 24 jetzt nur von 36 Dioden gebildet wird, die gleichmäßig über die Umfangslinie

' verteilt sind. Bei einer anderen Ausführungsform sind diese Dioden punktförmig. Dieser bauliche Unterschied hat eine andere Anzeigeart zur Folge, da der Minutenzeiger jetzt nicht mehr durch eine Diode des äußeren Kranzes, zu der eine Diode des inneren Kranzes hinzukommt, dargestellt werden kann. Infolgedessen wird der Stundenzeiger durch die Strahlung einer Diode 24c des inneren Kranzes und der Minutenzeiger durch die Strahlung einer Diode 22c des äußeren Kranzes simuliert. Dieses Format erlaubt nicht mehr die Angabe der Sekunden. Es ist vorzuziehen, daß die Kennmarke der Siunden in mehreren Zwischenschritten während einer Stunde (5 auf der Skala der F i g. 1, 3 auf der Skala der F i g. 3) vorrückt, damit der Lauf der herkömmlichen Zeiger besser nachgeahmt und Verwirrung beim Ablesen vermieden wird, die bei einem einzigen Stundensprung zwischen der Anzeige von zum Beispiel sieben Uhr und 59 Minuten mit dem kleinen Zeiger auf der sieben Uhr darstellenden Marke 28 und der Anzeige ,8 Uhr« mit dem kleinen Zeiger auf der

' Acht-Uhr-Marke auftreten könnte.

Obwohl jede beliebige Elektrolumineszenzdiode verwendet werden kann, besitzen die häufig verwendeten Dioden mit Galliumarsenidphosphid den Nachteil, ein karminrotes Licht auszustrahlen, das in einem Bereich des Spektrums liegt, in dem das Auge weniger empfindlich ist und das nicht angenehm anzusehen ist.

Die Erfindung nutzt die Vorteile der Zellen mit Zinktellurid (ZnTc) aus, die ein grünes Licht mit einer Wellenlänge von 5500 Ä liefern, das dem Licht nahekommt, das die Radiolumineszenzskalen von Zeigeruhren, die als »Tauchuhren« bezeichnet werden, abgeben. Bei dieser Wellenlänge besitzt das Auge eine zehnfach bessere Empfindlichkeit und ermüdet weniger

als bei den roten Anzeigen der Galliumarsenidphosphid-Dioden, deren Wellenlänge in der Nähe von 6500 Ä liegt. Infolgedessen kann ein äquivalenter Lichteindruck bei gleicher fotostrahlender Oberfläche mit einer zehnmal kleineren elektrischen Leistung erreicht werden.

Andererseits besteht ein anderer grundsätzlicher Vorteil der Erfindung darin, den Verbrauch der Dioden noch zu verringern, indem die ausstrahlende Oberfläche dieser Dioden verringert wird. Dies entspricht dem Fall der Fig. 2. Auf dieser Figur besitzt die Skala 20 eine Oberfläche, die bezogen auf die des Gehäuses 12 beträchtlich kleiner ist. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Skala 20 so miniaturisiert, daß sie eine Oberfläche in der Größenordnung von etwa zehn Quadratmillimeter einnimmt, was der Oberfläche der elektronischen Vorrichtung 18 vergleichbar ist. Diese Einheit wird in die Mitte des Gehäuses eingesetzt. Diese Oberflächenverringerung vermindert den Verbrauch in einem Verhältnis in der Größenordnung von 5. Die Skala 20 wird dann durch das optische System 23 betrachtet, das aufgebaut ist, um von dieser Skala ein vergrößertes virtuelles Bild mit optischen Verzerrungen zu geben, die dank der Verwendung bekannter Prinzipien, zum Beispiel durch Verwendung eines kugelförmigen Dioptersystems, das bei Bedingungen ähnlich denen »on Weierstrass arbeitet, oder durch Verwendung einer L^:nse mit Fresnel-Abstufungen begrenzt werden.

Die Verringerung der Abmaße der Skala 20 und der Vorrichtung 18 hat auch den Vorteil, daß der Raum für die elektrische Energiequelle 21 vergrößert wird. Bei dem dargestellten Beispiel besitzt dieser Raum wenigstens fünfmal das Volumen von Zellen, das normalerweise einer Uhr gleicher Größe zur Verfugung steht. Dadurch wird die Autonomie dieser Queiie um den gleichen Faktor vergrößert. Ferner wird man vorteilhafterweise als Quelle eine Zelle oder Batterie mit festem elektrochemischem System verwenden, die keine Separatoren und Abdichtungsvorrichtungen benötigt, die herkömmlichen Batterien zugeordnet sind und deren Volumenkapazität beschränken.

Schließlich kann die Autonomie der Batterien oder Zellen noch weiter durch ein periodisches Erregen mit automatischer Pulsierung zum Beispiel im Halbsekundenrhythmus, und damit um den Faktor 2 verringert werden.

Das in den Fi g. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel erlaubt die Verringerung des Verbrauchs in den folgenden Verhältnissen: die Verwendung von Zinktelluriddioden verringert bei gleichbleibender Wirksamkeit den Verbrauch um den Faktor 10; der Übergang zur Analoganzeige der Stunde und der Minute (mit den drei Segmenten 24a, 240,22aj vermindert den Verbrauch um den Faktor 5 gegenüber der nummerischen oder Ziffernanzeige; die Miniaturisierung der Anzeigevorrichtung, die dank der Verwendung des optischen Systems 23 möglich ist, verringert den Verbrauch weiter um den Faktor 5; das periodische Aufleuchten erbringt noch eine Ersparnis um den Faktor 2. Man erhält folglich insgesamt eine Verringerung um den Faktor 500. Gegenüber einer Uhr mit nummerischer Anzeiger durch Elektrolumineszenzdioden mit Galliumarsenidphosphid, und typischerweise 20 mAh, die bei wirksamer Anzeige mit 3 Volt 60 Milliwatt verbraucht, beträgt der mittlere Verbrauch einer erfindungsgemäßen Uhr ^6O/5oo = 0,12 Milliwatt. Bei 10 000 Stunden (mehr als ein Jahr) erfordert dieser mittlere Verbrauch eine Kapazität der Quelle 21 von 1200 Milliwattstunden. Die normale Ausrüstung einer Uhr mit Elektrolumineszenzanzeige umfaßt zwei herkömmliche Knopfbatterien, die in typischerweise 2-10OmAh bei 1,5VoIt, also 300 Milliwattstunden liefern. Der Gewinn an verfügbarem Raum, der jetzt fünfmal so groß ist, für die Batterie 21

> der beschriebenen Uhr bringt deren Kapazität auf 1500 Milliwattstunden, d. h. auf einen Betrag, der über dem Bedarf der Uhr für einen Dauerbetrieb während eines Jahres liegt. Diese Reserve kann zur alphanummerischen Anzeige 30 des Datums, die auf Anfrage des ¹ Trägers der Uhr erzeugt wird, verwendet werden.

Die Vorrichtung 18 kann jeder beliebigen schon verwendeten Art sein, muß jedoch zur selektiven Erregung der Dioden gemäß der Analoganzeige, die auf den F i g. 1 und 3 dargestellt wird, geeignet sein. Die

"' Fig. 4 zeigt in Blockschaltbildform die eleKtronische Schaltung der Vorrichtung 18. In der F i g. 4 findet man die Analoganzeigeskaia 20 und die alphanummerische Anzeigevorrichtung für das Datum 30 wieder. Die elektronische Schaltung 18 umfaßt einen Oszillator 32

) mit einem Verstärker 34, der eine Rückkoppelungsschleife mit einem Quarzkristall als piezoelektrischem Resonator, der den Verstärker 34 im eigenschwingenden Zustand hält, besitzt einen Verstärker 38, einen elektronischen Frequenzteiler 40, der als nach bekann-

* ten Verfahren integrierte Schaltung ausgeführt ist — diese Schaltungen besitzen die vorgenannte aktive sich selbst haltende Schaltung — einen Zähler für die Stunden, Minuten und Sekunden 42 zur selektiven Erregung der Dioden der Skala 20 und einen Hilfszähler 44, der die Aufgabe hat, auf Befehl die Signale der alphanummerischen Kalenderanzeige 30 gemäß bekannten technischen Mitteln zu liefern. Diese Einheit von Zählern kann mit dem Teiler und dem Haltesystem integriert oder als selbständige Einheit ausgeführt sein. Es ist noch zu erwähnen, daß die erfindungsgemäße Analoganzeige durch Ändern der Ausstrahlungsfarben der Dioden der verwendeten Kränze verdeutlicht werden kann. Es ist ferner offensichtlich, daß die Anzahl der Kränze nicht auf die zwei in den beschriebenen und dargestellten Beispielen verwendeten beschränkt ist. Zum Beispiel könnte ein dritter innerer oder äußerer Kranz der Skala 20 gemäß der F i g. 3 zur Anzeige der Sekunden hinzugefügt werden. Der zusätzliche innere Kranz könnte gegenüber den beiden anderen exzentrisch liegen und einen geringeren Durchmesser wie bei den mechanischen oder elektrischen Uhren haben, deren Sekundenzeiger von geringer Länge eine Kreisfläche überstreicht, die außerhalb des Zentrums der Uhr liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Uhr/eil mittels selektiv erregbarer Elektrolumincszenzdioden, die auf einer Skaia in wenigstens zwei konzentrischen Kränzen angeordnet sind und die Uhrzeiger einer Analoganzeige simulieren, wobei die Skala oberhalb einer elektronischen Vorrichtur.g zur Bestimmung der Uhrzeit angeordnet ist, welche zusammen mit einer elektrischen Energiequelle in m einem Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Skala (20) wesentlich kleiner als der Radius des Gehäuses (12) ist, daß über der Skala (20) ein optisches Vergrößerungssystem (23) angeordnet ist und daß der durch ι -, die Verkleinerung der Skala (20) gewonnene Raum zur Volumenvergrößerung der elektrischen Energiequelle (21) der Anzeigevorrichtung genutet ist.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrolumineszenzdioden hoher Energieergiebigkeit verwendet werden, die eine Strahlung aussenden, für die das Auge eine gute Empfindlichkeit besitzt.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein automatisches, y, periodisches Leuchten der Elektrolumineszenzdioden erzeugt wird.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Vergrößerungssystem (23) praktisch den Bedingungen von Weier- s<, strass genügt.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Vergrößerungssystem (23) eine Linse mit Fresnel-Abstufungen ist.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, j-> dadurch gekennzeichnet, daß die Skala (20) einen exzentrischen Kranz aus Elektrolumineszenzdioden besitzt.

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala (20) Mittel (30) zur auf den Befehl der Bedienungsperson ansprechenden Zifferanzeige des Datums besitzt.

8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Skala (20) bildenden Kränze (22, 24) aus Elektrolumineszenz- -r> dioden mit unterschiedlichen Ausstrahlungsfarben bestehen.