JPS5827473B2 - 腕時計における光電ディスプレ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は時間を表示する光電装置、特に腕時計における
光電ディスプレーに関する。

今日、最も一般的な型の時計は機械的及び電子機械的な
ものである。

機械的な時計はぜんまいを動力としていて、ぜんまいは
外部のツマミによっても又・・自動〃時計の場合にはお
もりを振っても巻上げることができる。

ぜんまいは時間の標準として働き、又これは一般的には
バランスホイールである。

バランスホイールの振動は針を動かす一連の歯車の回転
運動を制御する。

通常は秒針、分針及び時針から成る針は透明な防護ガラ
スの下で目盛盤上を右方向へ回りこの目盛盤の表面に印
された数字又はその他の符号ととも時間を示す。

電子機械的時計では動力源は内部のバッテリであり、こ
のバッテリが小型のモータ、例えば音さ型又はバランス
ホイール型モータを動かし、そしてこのモータが針を動
かす。

この他に、水晶発振回路によってモータを同期させて高
精度を得るという型の時計もある。

又比較的高価ではあるが、水晶発振器を時間の標準とし
て用い、発振器の高い周波数を一連の逆計数回路によっ
て減少させる型の時計も可能である。

この逆計数回路は光電ディスプレーに接続したディスプ
レー駆動装置を作動させる。

光電ディスプレーは液晶型のものであり、この型ではセ
グメントがディスプレー駆動装置によって選択的に作動
されてデジタル数字を形成する。

消費者によってはデジタル数字型のディスプレーを好む
人もあるが、時計の針が回ることに慣れているその他の
多くの人は目盛盤と関連させた２本又は３本の針の指す
位置によって時間を知るという方法を好んでいる。

この後者の時間表示をしばしば（・アナログ〃表示と呼
ぶ。

このようなアナログ型の光電時間ティスプレーを開発す
るうえでの主要な問題は漏えい電流の問題である。

このような漏えい電流は活性化されたセグメントに加え
られる電圧から生じる。

活性化されたセグメント間の漏えい電流はその他の、す
なわち不要のセグメントをも活性化させてしまうのに十
分なものである。

このことは時間の読取りを不正確なものにし問題となり
、又電圧を浪費させる。

バッテリ及び液晶材料の寿命もこのような漏えい電流に
よって縮少される。

従来の技術の代表的なものは１９７３年１２月４日に発
行された米国特許番号３７７６６１５及び１９７４年１
月２９日に発行された米国特許番号３７８９３８８であ
る。

本発明の目的は、２本又は３本の針、例えば秒針、分針
及び時針が中心との関係において右へ回るときにこれ等
の針の運動の外観と類似した外観をもち、これによって
従来の機械的な時計における針の外観を模擬する計時運
動のための腕時計における液晶光電ディスプレーを提供
することである。

本発明の別の目的は、構造が比較的簡単で、原価が比較
的安く、誤用のおそれがなく、所望のセグメントのみを
活性化させるので正確な腕時計における光電ディスプレ
ーを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、時計のケースの中のバッテ
リの寿命を延ばすように比較的少い電力での腕時計にお
ける光電ディスプレーを提供することである。

本発明の光電ディスプレーは目盛盤を備えたものであり
、この光電ティスプレーは共通の中心部の周囲に環状配
置された一連の放射状のセグメントによって時間を示す
。

例えば、秒と分とを示す外側のリングには６０のセグメ
ントがあり、時間を示す内側のリングには２４のセグメ
ントがある。

液晶ディスプレーのセグメントを選択的に活性化させる
ことによって機械的時計における針の右への回転を模擬
し、・・アナログ・・型の時間表示を提供する。

本発明の光電ディスプレーは特にその消費電力が比較的
低いので時計に使用するのに適しており、従って時計の
ケース内のバッテリの有効寿命は十分なものであり、バ
ッテリは１年に１回取り換えるだけでよい。

本液晶ディスプレーはその内部（底部）面に酸化すずな
どの導電材の薄層で形成したパターンを持つ頂部透明板
、例えばクリスタルガラス等から成る。

底板はこの頂部透明板と平行に隔置され、その上部面に
導電材の薄層で形成したパターンを持つ非導電板、例え
ばガラス等である。

当業で公知されている動的散乱又は電界効果特性を示す
液晶材の薄層をこれ等の両板の間に置く。

板の端は密封して閉鎖された薄いセルを形成する。

一般的に活性化すべくセグメントの間に置かれた液晶材
については、頂部及び対応する底部セグメントの間に加
えられる電圧、すなわち電位が必ずある。

頂部の導電セグメントが比較的大きく、いくつかの小さ
い底部の導電セグメントをおおうことが好ましく、又こ
の底部セグメントは複数の連接続において接続される。

これ等の連接続は最低数の電気的接続がガラス板上のパ
ターンについて行なわれて組立コストを最小におさえる
ような手段を提供する。

しかしながら、これ等の連接続も又液晶材を通じて平行
な電気的通路を提供する条件、および必要でないセグメ
ントをも活性化させる傾向をもつ条件を生じさせる。

本発明の腕時計における光電ディスプレーに採用する駆
動ディスプレー回路は不要なセグメントを活性化のスレ
ッシュホールドに達しさせないように防ぐ手段を備えて
いる。

液晶は無反作用と活性化との間の鋭いスレッシュホール
ド電圧Ｖｔの故に選ばれたものである。

スレッシュホールド電圧の２倍の電圧を活性化を必要と
しているセグメントに印加し、そしてこの電圧の恥の電
圧をここに述べるような方法で不要なセグメントに印加
することによって、本光電ディスプレーは所望するよう
に動作する。

例えば、特に正の電圧（スレッシュホールド電圧の２倍
の電圧）２Ｖｔが底部ガラス板上の糸状の導電セグメン
トのうちの選択されたものに加えられ、そして大地電圧
（ゼロボルト電圧）が上部板の上の選択された大きいセ
グメントに加えられた場合、選択された上部セグメント
の下に位置する選択された糸状セグメントにおける下方
のセグメントが活性化される。

その他のセグメントの１部が活性化されないようにする
には、使用していない全ての上部板のセグメントを電源
電圧のもである電圧レベルｖ２に戻し、そして使用して
いない下部板の糸状セグメントを電源電圧のもである電
圧レベルＶ１ に戻す。

ＡＣ励起が所望される場合には、所望するセグメントへ
の励起が逆転するときに、下部及び頂部板上の使用され
ていないセグメントの電圧Ｖ１ とＶ２ も又逆転す
る。

本発明のその他の目的は、以下の本発明の好ましい実施
例についての添付図面と関連させた詳しい説明によって
明らかにされる。

第１及び２図に示すように、透明ガラスの上部板１２は
例えば８つの複数のセグメント１０を持ち、このセグメ
ントは真空溶着されたミクロン単位の薄い酸化インジウ
ム部であり、やはり酸化インジウムによるそれ等の接続
リードストリップ１１は電気的に導電性であり透明な程
度に薄いものである。

ガラス製の背板１３は薄層クロムによるセグメント１４
を持ち、このセグメントも同様に導電性であり又背板１
３は同じ材料による接続線１４′を持っている。

底部板１３は分を示す６００等間隔の放射状セグメント
を持ち、これ等のセグメントは説明の都合上右回り方向
へ１から６０と連続番号を付けである。

セグメント１は従来の時計の針の１２時の位置に相当す
る。

セグメント１から８だけが接続線によって相当する入力
端子へ接続される。

セグメント１はヌ９〜１６と番号を付けられたグループ
におけるセグメントのひとつに接続され、又このセグメ
ント１６は一方で１７〜２４と番号付けられたグループ
のセグメントのうちのひとつに接続され、その他のセグ
メントも同様である。

このようにして８つのセグメントから成る糸状セグメン
トが形成されて、その各々のセグメントはグループ１か
ら８．９かも１６、・・・・・・、５６から６０のうち
のひとつ、唯ひとつにのみ属する。

８セグメントから成る類似した糸状セグメントはそれぞ
れセグメント２゜３及び４によって始まる。

又５，６，７及び８で始まる糸状セグメントは７つのセ
グメントしかもたない。

従って８つのセグメントから成る糸状セグメントは４つ
あり、７つのセグメントから成るものは４つある。

この構造は液晶材において設けられる漏えい路をもたら
す。

頂部板１２は底板１３と平行に隔置され、底板の端にて
密封されている。

薄層液晶材はこれらの板の間に置かれる。

板１２と１３は液晶材に沿っていて液晶光電ディスプレ
イを形成する。

・・液晶材・・という用語はここではこれらの線状液晶
成分を含むがこれに限定されない。

又線状液晶成分は薄層で光に対して透明でスレッシュホ
ールド値以上の電界が加えられると液晶分子の分域によ
る光の散乱（動的散乱）によって混濁する。

例えば、適当する液晶材はｐ −ｎ−オルトオキシベン
シリ１ンーｐ−アにノベンゾニトリル又はｐ−エトキシ
−ペンシリテン−ｐ −ｏ −７”チルアニリンヲ含む
。

本発明の光電液晶ディスプレーは動的散乱、電界効果及
びその他の光電効果のいずれをも用いている。

電界効果では、適当する液晶材の配向パターンはねじれ
ていて、そしてこのねじれた配向は直線偏向光線を回転
させる。

本発明をもたらした実験的なプログラムは第３図のセグ
メントのレイアウトに基づいた等価回路のモデルの構造
を含んでいる。

この様な調査技術を用いることにより不活性化されたセ
グメントへの漏えい電流が全電圧の恥においであるバイ
アスを持ち全電圧の恥において別の電圧を持つディスプ
レイ駆動回路を用いることによって該セグメントを活性
化しないような電圧のレベルに減少できうろことが定め
られた。

漏えい電圧すなわち非活性化セグメントにおける液晶層
にか＼る電圧が活性化セグメントにおける液晶層にか＼
る電圧の％又はそれ以下に維持される場合、液晶材の不
必要な部分は活性化されないということがわかった。

このことは次のことを仮定し又液晶材はその様に選択さ
れる、すなわち電源電圧の恥は液晶材のスレッシュホー
ルド電圧よりモ低いということである。

第３図は漏えい路の分析を示す等価回路であるが本発明
によって提供される分割電圧は持たない。

第３図で示す様に頂部箱５ｐ−１２ｐは接点すなわち・
・ピン〃を表し、これらのピンは下部セグメント１４の
それぞれの糸状セグメントへ続く入力リード線に接続さ
れている。

セグメント１４は時計表面上の分又は秒を表し底板上で
は６０にわかれている。

上板には８つのセグメント１０がある。上板上のセグメ
ント１０の各々は底板上の多数のセグメント１４と整列
されている。

従って活性化される可能性を持つ６０のごく小さい分量
の液晶材があることになる。

しかしながらこれらの液晶材のいずれかにおいて・・分
・・を示す時間の表示を行う為には唯一つの量の液晶材
を活性化すべきでありその他５９の液晶材は活性化しな
い。

第３図の抵抗はＲ１−Ｒ６０と印され、その各各の抵抗
は２つの整列されたセグメントの間に配置されたごく少
量の液晶材の抵抗を表す。

例えば第３図の抵抗−Ｒ６０＝は目盛板の頂部にあるも
ので、そして一方の板上のセグメント１０（第１図）と
他方の板上のセグメント６０（第２図）との間に配置さ
れている。

セグメント６０はピン５ｐと接続している糸状セグメン
トに接続されている。

セグメント１０はピン１３ｐに接続されている。

セグメント１０とセグメント６０との間の液晶材の量は
抵抗Ｒ６０の等価値として示される抵抗を持つ。

液晶材が均一である為に等価抵抗Ｒ１〜Ｒ６０は等しい
抵抗値を持つ。

第３図ではピン２１ ｐ、２２ｐ 、２５ｐ、２６ｐ。

１３ｐ、１４ｐ、１７ｐ及びｉＢｐはインジウム入力点
、すなわち上部セグメント１０への入力に相当している
。

説明の都合上（第３図）ピン２１ｐと１２ｐに接続する
セグメント間の共通量は活性化されるのが好ましいとす
る、この量の抵抗値は抵抗Ｒ３９によって示される。

ピン２１ｐと１２ｐとの間に印加される電圧、すなわち
ライン２１Ｌと１２Ｌへのアースとに加えられる電圧、
そして又セグメントをライン２１Ｌに接続させる全ての
セグメント量への供給電圧は一定でありすなわちＲ３９
゜Ｒ３８，Ｒ３７，Ｒ３６，Ｒ３５，Ｒ３４，Ｒ３３及
びＲ３２によって示される。

更にＲ３８によって示されるセグメント量に加えられる
電圧は一定の漏えい電流をラインＩＩＬに流し、又この
ＩＩＬはピンｌｌｐに接続している。

そして一方このライン１１Ｌは、一定量の漏えい電圧を
抵抗Ｒ４１゜Ｒ５４，Ｒ５７，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ２２及び
Ｒ２５にて示されるセグメント量の各々に加える。

この回路を完成させる為にはライン１２Ｌへのループバ
ックを完成させるのに必要な抵抗も含まれる。

これらの抵抗はＲ４１と直列接続されたＲ４０及びＲ５
４と直列接続されたＲ５５及びＲ５７と直列接続された
Ｒ５６及びＲ６と直列接続されたＲ７及びＲ９と直列接
続されたＲ８及びＲ２２と直列接続されたＲ２３及びＲ
２５と直列接続されたＲ２４である。

上述した様に次のことが仮定され、そしてそれはセグメ
ントそれ自体の抵抗値の一貫性そして又液晶材の抵抗値
の一貫性という見地から見て妥当なものである。

すなわちセグメントの各々の間の等価抵抗は等しいとい
うことである。

従って活性化を必要とするセグメントの抵抗Ｒ３９をこ
れらの漏えい電流に含まれるそれらの等価抵抗から分離
して示す第４図のような更に簡略化された構造がもたら
される。

Ｒ２Ｏを経る漏えい電流に含まれる抵抗は２つの抵抗の
各々の７つの平行路と直列に接続されている。

例えば抵抗マトリクスのこの最初の概算順序においてこ
の７つの平行路の位置の１つは第４図に示すように直列
に接続されたＲ４１とＲ４０を経る。

一連の抵抗の各対はその抵抗値の２倍の抵抗として第４
図に示されている。

従って７つの平行路の全ては、あるセグメントの抵抗の
栂の等価抵抗すなわち（２／７Ｒ）を提供する。

第５図に示すように更に簡略化された構造は所望のセグ
メントのＲ３９にかＸる（画板間のその液晶材を活性化
するための）全駆動電圧そして又平行結合されたセグメ
ントと直列に接続された不必要なセグメントがＲ２Ｏに
かＮる駆動電圧を提供する。

この駆動電圧■はほぼ次の様に一連の組み合わされた抵
抗を経て分割する。

従って電源電圧のほぼ３７．は抵抗Ｒ３８によって落さ
れる。

この落下電圧量はセグメントがそのように所望されない
時にセグメン）Ｒ３８を活性化できるものである。

この分析は注意すべきことにはその他の漏えい路の効果
を無視するものであり、又この効果は比較的小さいもの
である。

しかしながらこの分析は多数の不必要なセグメントを活
性化する可能性を示している。

不必要なセグメントにおける液晶層にか＼る電圧は、第
１図の回路又はその等何物によって強制的に値Ｅを定め
る。

このことはこの分析において見られる状況と対照的であ
り、この状況ではこのような電圧は複雑な電流の分配の
結果おこるものであり、所望のセグメントについてを除
いては第３図の水平及び垂直入力ラインをフローティン
グさせる。

ＶＳを電源電圧とすれば、電圧Ｅは■１−偽ｙｓという
ように選択される。

後者は所望の活性化されたセグメントにより見られる電
圧である。

液晶材のスレッシュホールド電圧ＶｔはＶ１＝Ｖｓ／３
より上に設定されるが、■２−２Ｖｓ／３より低くなけ
ればならない。

Ｖｌ−１／２Ｖｓを選択することは可能であるが輝度対
液晶材の電圧曲線が急激な屈折点を持たず、緩斜的増大
を示すということに注意する。

従ってスレッシュホールド電圧の２倍の電圧は全輝度を
得るために常に必要である。

ｖｌ−１／２ＶｓＯ比の選択はスレッシュホールド電圧
の非常にきわどい選択を併う。

Ｖｔ）Ｖ１＝”／２Ｖｓである場合、ＶＳにおける全輝
度は得られず、Ｖｔ＜Ｖ□−１／２ｖｓの場合は不必要
なセグメントが点燈する。

第７図に示すように、駆動回路はソリッドステート装置
を使用しており、又このソリッドステート装置は個々の
装置であるか又は集積回路チップの１部として形成され
る。

又この回路はＣＯ８／ＭＯＳロジックを用いて構成され
ている。

第７図の回路は三路ブリッジ配列されたトランジスタか
ら成っており、これによって導電クロムセグメント（ラ
イン１２８）と反対側の酸化インジウムセグメント（ラ
イン１２６）との間の各液晶量は、いずれかの極性の３
つの電圧のいずれにも依存する。

ブリッジ回路の２つの半分の各々はミラーイメージ回路
であり、その各々は３つの制御入力と３つの電源接続端
子を有している。

制御人力１３７はＪ−ＦＥＴ）ランジスタ１２２のゲー
ト（Ｏ３）入力に接続されている。

この入力論理信号が高い（＋８ＶにＪ−ＦＥＴのバイア
スを加えたものより大きい）場合、Ｊ−ＦＥＴは導通し
て抵抗１２１（２２メグオーム）によって電圧を落させ
ＭＯＳＦＥＴ）ランジスタ１２４を・・オン〃（導通）
の状態にする。

この状態は正の電源電圧、但しこの場合は例として２０
ボルトが電流制限抵抗１２５とＭＯ８ＦＥＴ１２４とを
介してクロムセグメントの入力へ送られ、ライン１２６
と１２８を通じて液晶セルへ送られるようにする。

第２の制御人力１３６はＭＯＳＦＥＴ）ランジスタ（Ｎ
チャンネル）１２Ｔのゲート（Ｏ２）入力に直接接続さ
れている。

この入力論理信号が高い場合にはトランジスター２７は
導通してクロムセグメント入力を接地する直接路をライ
ン１３８゜１２８を介して液晶セルに提供する。

第３の制御人力１３５はＭＯＳＦＥＴ）ランジスタ（Ｎ
チャネル）１３４のゲート（Ｏ２）に接続されている。

この入力論理信号が高い場合にはトランジスター３４は
導通してライン１３３の電圧を落し、トランジスター３
１のゲート（Ｏ２）を２０ボルト以下に下げ、トランジ
スター３１（Ｐチャネル）を導通させる。

このことによって入力１２９における１／又は％の電圧
レベルの通路が制限抵抗１３０を介し、トランジスター
３１を経てライン１３２を通過し、従ってライン１２８
及び液晶セルへのクロムセグメント入力へ加えられる。

入力１２９のための％又は％の電圧の選択は外部ロジッ
ク及び送信Ｃ０８７Ｍ０８両方向スイッチによって行な
われる。

電源１５０と電子逆転コントロール１５１は第７図のよ
うに結合されていて必要な電圧を供給する。

入力ｉ３７又は１３６が活性化されない場合は、入力コ
ントロール１３５のみが活性化される。

入力コントロール１３５が活性化されると、どの電圧（
１／３又はもの電圧）を電源人力１２９へ加えるかとい
う決定は論理的にディスプレーされることを所望される
セグメントのクロム側へ加えられた電圧に依存する。

正の全電圧が活性化を所望されるセグメントのクロム側
に加えられれば、使用されない他の全てのクロムセグメ
ントは入力コントロール１３５を高ロジックにおいて持
ち、入力ハイアス電圧１２９を％の電圧レベルにセット
する。

逆に所望のクロムセグメントが大地電圧にセットされれ
ば（インジウム側がこの場合は正の全電圧を受ける）、
他の全てのクロムセグメント、バイアス供給入力１２９
は恥の電圧レベルにセットされる。

例として、ＭＯ８電界効果トランジスター２４と１２７
とはそれぞれ２Ｎ４３５２及び２Ｎ４３５１０タイプで
ある。

リード線１２６’を介してインジウムセグメントに接続
している回路は上に述べたものと同じであり、又上述の
ものと同じタイプのそれ相当するトランジスタは素数で
示しである。

この場合、怖又はル亀の電圧は１２９′になり、低コン
トロールは１３６′、そして％コントロールは１３５′
になり高コントロールは１３７′になる。

ブリッジ回路の左又は右側への電力及びコントロール入
力の結果として、液晶量の各側は４つの電位のうちのい
ずれかを与えられ得る。

その電位とは、正の全電圧ＶＳ、２／３の正電圧、／３
の正電圧又は大地電圧である。

液晶にかかる電圧は従って、全電圧、電源電圧のもの電
圧及び電源電圧のもの電圧の３つの異った電圧レベルに
おけるどの極性にもなり得る。

第７図の回路はライン１２８’ｌに２／３（又はイ）の
電圧をおよそ＋１４（又は＋７）ボルト程度において供
給して、所望されない酸化インジウムセグメントへ送り
これを活性化する。

同時にこの回路は１／３（又は２／３ ）の電圧をおよ
そ＋７（又は＋１４）ボルト程度において所望されない
クロムセグメントへ送りこれを活性化する。

従って電源電圧の４の電圧、すなわちこの例では７ボル
トの電圧の非活性化セグメント間には電圧勾配ができる
。

活性化を所望されたこれ等のセグメントは例えば大地電
圧（ゼロボルト）の全電圧差をクロムセグメントへ送り
、＋２０ボルトの電源電圧を酸化インジウムセグメント
へ送る。

この場合、駆動回路は４つの電圧レベル、すなわち０゜
１７ 、２／３及びＶｓ（電源電圧）の出力を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は頂部板の１部、すなわち時計のガラスの頂部平
面図；第２図は底板の１部の頂部平面図；第３図は分セ
グメントの回路のための等節回路；第４〜６図は第３図
の回路の１部の簡略等価回路；第７図はディスプレー駆
動回路の概略回路図である。 １０・・・上部セグメント、１１・・・リードストリッ
プ、１２・・・上板、１３・・・底板（ガラス背板）、
１４・・・下部セグメント（薄層クロムセグメント）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電材の層からなるセグメントで形成したパターン
   を各々その対向する側に有し、互いに平行に配置され、
   且つ夫々１個の端子に接続された第１および第２プレー
   ト； 該第１及び第２プレートの間に密閉され、スレッシュホ
   ールド電圧がＶｔである液晶材の薄層：並びに 第１、第２、第３および第４電圧供給手段を有し、該セ
   グメントと電圧Ｖｓの電圧源とに接続された駆動回路手
   段を有し、 前記第１プレートは複数の比較的大きいセグメントと複
   数の端子とを有し、 前記第２プレートは複数群に配列された複数の比較的小
   さい放射状セグメントを有し、各１つの群は前記第１プ
   レートの１つのセグメントと対向し、１つの群の各放射
   状セグメントは別の群の異なる１個の放射状セグメント
   と電気的に接続され且つ異なる１個の端子に接続され、 前記第１電圧供給手段は、該第１プレートの１つの所望
   する選択自在セグメントに電圧ＶＳ又はゼロ電圧を選択
   的に供給し、 前記第２電圧供給手段は、該第２プレート上の対応する
   所望の選択自在セグメントにゼロ電圧又は電圧Ｖｓを交
   互に供給し、 前記第３電圧供給手段は、該第１プレートのその他の全
   てのセグメントに電圧Ｖｓ／３を交互に供給し、 前記第４電圧供給手段は、交互に供給されるゼロ電圧と
   電圧Ｖｓと所定の関係において、該第２プレートのその
   他の全てのセグメントに電圧２Ｖｓ／３を交互に供給し
   、これによって前記第１プレートと第２プレートの所望
   しないいずれのセグメント間の最高電圧をもＶｓ／３（
   Ｖｔにせしめようにした、腕時計における光電ディスプ
   レー。