DE2500251A1

DE2500251A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2500251A1
Application number: DE19752500251
Authority: DE
Inventors: Kazunari Kume; Hideshi Oono; Munetaka Tamaru; Minoru Watanabe
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1974-01-08
Filing date: 1975-01-04
Publication date: 1975-07-17
Also published as: US4006585A; GB1481478A; DE2500251B2; JPS50101068A; DE2500251C3

Description

Citizen Watch Co., Ltd.

9-18, 1-chome, NishishinjuJcu, Shinjuku-ku Tokyo, Japan

Elektronische Uhr

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit mehrschichtigen elektronischen Anzeigeelementen für Anzeigefunktionen, einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Signals konstanter Frequenz, einer Frequenzteilerschaltung für das Oszillatorsignal und einer das Ausgangssignal der Frequenzteilerschaltung dekodierenden Treiberschaltung, die mit den Anzeigeelementen derart verbunden ist, daß die Anzeigeelemente in Abhängigkeit von einem von der Treiberschaltung angelegten Signal aktivierbar sind.

Bei Digitaluhren wurden lichtemittierende Dioden, Flüssigkristalle, Miniaturglühlampen u. dgl. als Anzeigeelemente verwendet. Diese Anzeigeelemente brautien jedoch zu ihrer Betätigung eine Spannung oder einen elektrischen Strom über die Gesamtdauer der Anzeige und sind daher unter dem Gesichtspunkt des Energiever-

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Z/bu

brauchs für bestimmte Anwendungsfälle, bei denen eine Langzeitanzeige erforderlich ist, so zum Beispiel bei Kalenderanzeigen o. dgl. ungeeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Uhr zur Verfügung zu stellen, die über eine in Kompalibauweise realisierbare, ausgezeichnet lesbare Anzeigeeinrichtung verfügt, welche auch für die Langzeitanzeige einen extrem geringen Energiebedarf hat. Hierbei finden elektrochrome Anzeigeelemente in besonderer Anordnung Verwendung.

Ausgehend von einer elektronischen Uhr der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß die Anzeigeelemente ein Substrat aus transparentem Material, eine auf dem Substrat angeordnete, optisch leitende Elektrode aus einem lichtdurchlässigen Material, eine mit der optisch leitenden Schicht in Kontakt stehende Schidt aus elektrochromem Material, dessen Farbe bei Spannungsänderung veränderbar ist, eine auf der der optisch leitenden Schicht entgegengesetzten Seite der Schicht aus elektrochromem Material angeordnete Isolierschicht und eine auf der Isolierschicht angeordnete reflektierende Elektrode aufweisen.

Das erfindungsgemäß verwendete elektrochrome Anzeigeelement, das aus Titanat, Niobat, 4,4·-Dipyridiumat u. dgl. zusammengesetzt ist, hat einige neue Charakteristiken, welche von denjenigen herkömmlicher Anzeigeelemente verschieden sind. Als erstes reagiert das elektrochrome Material auf die Anlegung eines elektrischen Feldes. Derjenige Teil des Materials, an dem eine Spannung anliegt, ändert seine Farbe und bleibt auch nach der Abnahme der Spannung für eine

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bestimmte Zeit in dem geänderten Zustand· Die Dauer der Verfärbung nach dem Entfernen der Spannung schwankt und erreicht Werte bis zu einigen Stunden. Auch die Geschwindigkeit der Verfärbung nach dem Anlegen einer Spannung ist unterschiedlich; einige Materialien reagieren sofort, während andere Materialien in einigen

be— Minuten ansprechen· Als zweites stimmt die Polarität einer Spannung die Farbe eines vorgegebenen elektrochromen Materials. So wird zum Beispiel Neodym-Diphtalcyanin grün, wenn eine Spannung mit einer bestimmten Polarität angelegt wird, und wird über eine Zeitspanne nach der Entfernung der Spannung transparent. Dasselbe Material, wird braun verfärbt, wenn eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität angelegt wird.

Bei der Erfindung finden elektrochrome Anzeigeelemente mit den vorgenannten Eigenschaften Verwendung.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht auf ein elektrochromes Festkörperelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2a und 2b schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Prinzips des Elektrochromismus;

Fig. 3 die Anordnung der in einer numerischen Anzeige verwendeten Segmente;

Fig. 4 ein elektrochromes Element in einer

zweifarbigen Anzeige bei einem anderen AusfOhrungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf eine Uhr;

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Hauptbestandteile eines Ausführungebeispiels der erfindungsgemäßen Uhr;

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Fig. 7 den Verlauf des Treiber- bzw. Steuersignals für einen als "Sekundenanzeiger¹¹ verwendeten Doppelpunkt;

Fig. 8 den Verlauf des Treier- bzw. Steuersignals für den Doppelpunkt bei einem anderen Ausführungsbeispiel des "Sekundenanzeigers" ;

Fig. 9 den Verlauf des Treiber- bzw. Steuersignals für eine "Tagesanzeige"; und

Fig.10 den Verlauf eines Steuersignals für eine Batterie-Warnanzeige.

In Fig. 1 ist eine Querschnittansicht auf ein elektrochromes Element 10 mit einer Festkörperschicht aus elektrochromem Material gezeigt, das auf Elektronenbewegungen anspricht. Das elektrochrome Element 10 weist Substrate 56 aus transparentem Material, z. B. Glas, eine reflektierende Elektrode 58, eine aus Calziumfluorid, Siliziummonoxid, Magnesiumfluorid u. dgl. zusammengesetzte Isolationsschicht 60, eine Schicht 62 aus elektrochromem Material, z. B. Wolframoxid, Nioboxid usw. und eine zweite Elektrode 64 auf. Die zweite Elektrode 64 hat optische Eigenschaften, ist im wesentlichen transparent und läßt Licht zur reflektierenden Elektrode 58 durch.

Fig. 2a zeigt die Modulation reflektierter Strahlung im Bezug auf die Oberfläche der Uhr. Das Bezugszeichen 12 Seichnet einen einfallenden Strahl und des Bezugszeichen 14 den reflektierten Strahl. Fig. 2b zeigt das elektrochrome Material in dem durch Anlegung einer Spannung verfärbten Zustand. In Fig. 2b durchläuft der einfallende Strahl 12a die verfärbte elektrochrome Schicht 62a zur reflektierenden Elektrode 58, und danach wird der reflektierte Strahl 14a

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entsprechend dem Zustand der elektrochromen Schicht 62a verfärbt.

Fig. 3 zeigt die Anordnung von Segmenten für die numerischen Anzeigen, wobei sieben elektrochrome Elemente entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Element vorgesehen sind. Durch Farbkombinierung dieser sieben Segmente 16 bis 28 können numerische Ziffern von 0 bis 9 zusammengesetzt und angezeigt werden. Bei dem bevorzugtem Ausführungsbeispiel ergeben beispielsweise die Segmente 16, 20, 24, 26 und 28 bei Verfärbung die Ziffer ^M2^M.

Fig. 4 zeigt, daß getrennte Abschnitte eines Substrats in unterschiedlichen Farben dargestellt werden können, wobei entweder eine Art von elektrochromemMaterial auf der oberen Hälfte 52 und eine andere Art von elektrochromem Material auf der unteren Hälfte 54 angeordnet ist oder an das gleiche elektrochrome Material in den getrennten oberen und unteren Hälften gegensätzliche Spannungen angelegt werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das elektrochrome Material aus einer Mischung aus KaliurachlcrLd und Seltene Erden Element-Diphtalocyaninsalz in den getrennten oberen und unteren Abschnitten 52 und 54 eines Substrats angeordnet, und bei Anlegen von gegensätzlichen Spannungen an die beiden Abschnitte 52 lind 54 verfärbt sich der eine Abschnitt grün und der andere Abschnitt braun.

In Fig. 5 ist die Vorderfront einer Uhr gezeigt, bei der die den Namen des Herstellers bezeichnenden Buchstaben (30) durch das in Flg. 4 eTeictrochrome Element gebildet sind, bei dem der obere Abschnitt braun und der untere Abschnitt grün erscheinen, wodurch ein interessanter Designeffekt erzielt wird. Ferner werden

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der Monat und das Datum (32), der Tag (34), "AM/PM" (36), die Stunde und die Minute (38) sowie die durch einen Doppelpunkt (40) gegebene Sekundenanzeige und eine Batterie-Warnanzeige (42) angezeigt. Bei der Tagesanzeige erscheint der "Sonntag" in einer von den anderen Tagen abweichenden Farbe, irodem eine Spannung entgegengesetzter Polarität an die gleichen Segmente angelegt wird. Gegebenenfalls kann auch die "AM/PM" Anzeige in zwei verschiedenen Farben dargestellt werden. Bei der "Sekundenanzeige" ändert der Doppelpunkt jede Sekunde seine Farbe. Die Batterie-Warnanzeige, die normalerweise unsichtbar ist, zeigt die Buchstaben "BATT." an, wenn die Batteriespannung zusammenzubrechen droht. Die vorgenannten Funktionen sind bevorzugt, können jedoch auch durch andere Anzeigefunktionen ersetzt werden.

Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm der Anordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Oszillatorschaltung 44 zur Erzeugung eines Zeitnormals mit Hilfe eines Quarzkristalls, einer Stimmgabel oder einer anderen Einrichtung, einer Frequenzteilerschaltung 46 zur Herunterteilung der Frequenz der Oszillatorschaltung 44 auf eine Sollfrequenz, einer Treiberschaltung 48 zur Dekodierung und Erzeugung von Treibersignalen aus den von der Teilerschaltung 46 zugeführten Signalen, einer Anzeigefläche 50 auf der Oberfläche der Uhr, einer Monats-» Datums- und "AM/PM"-Anzeige 66, einer Tagesanzeige 68, einer Stunden- und Minutenanzeige 70, einer durch einen Doppelpunkt dargestellten Sekundenanzeige 7 2 und einer Batterie-Warnanzeige 74.

Die von der Oszillatorschaltung 44 als zeitnormal entwickelten Signale werden mit Hilfe der Teilerschaltung 46 auf die erforderlichen Sollfrequenzen heruntergeteilt. Danach werden sie zur Anzeige in der Treiber-

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schaltung 48 dekodiert, welche den für die Verfärbung ursächlichen Treiberstrom steuert. Der Treiberstrom wird dem elektrochromen Element 10 zugeführt, das die Farbe jedes Buchstabens auf der Anzeige-Frontplatte 50 ändert.

Fig. 7 zeigt den Kurvenverlauf des TreiberStroms für den der Sekundenanzeige dienenden Doppelpunkt 72. Als elektrochromes Material wird für den Doppelpunkt ein solches Material gewählt, das eine extrem kurze Verfärbungsdauer hat, so daß bei Aufnahme eines Impulses aus der Treiberschaltung 48 der Doppelpunkt eine Verfärbung erfährt, unmittelbar nach der Unterbrechung des Treiberstroms das Bild des Doppelpunkts verblaßt und beim nächsten Stromimpuls wiederum verfärbt wird. Auf diese Weise wird abwechselnd eine Verfärbung und ein Verblassen des Doppelpunkts erzeugt.

Fig. 8 zeigt den Kurvenverlauf der Steuerstrombzw. Treiberstromwelle des der Sekundenanzeige dienenden Doppelpunkts bei einem anderen Ausführungsbeipiel, bei dem entgegengesetzte Ströme angelegt werden, um das Bild zu löschen und zu erzeugen. Bei dieser Methode zur Verfärbung und Löschung des Doppelpunkts ergeben sich deutlichere Unterschiede.

Fig. 9 zeigt den Treiberwellen-Kurvenverlauf für die Tagesanzeige 68. Ein elektrochromes Material mit einer Langzeitverfärbung wird für diese Anzeige gewählt. Beim gegenwärtigen Stande der Technik ist es mit jedem elektrochromen Material schwierig, den Verfärbungszustand für eine längere Dauer als 24 Stunden aufrechtzuerhalten. Um daher eine 24-stündige Anzeige aufrechtzuerhalten, wird (1) ein Treiberstromimpuls an die Tagesanzeige 68 zu deren

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Verfärbung angelegt, (2) die Spannung unterbrochen und (3) ein neuer Treiberstrom zur Erneuerung der Verfärbung angelegt, wenn die Farbe des elektrochromen Elements (10) zu verblassen beginnt. Diese Operation wird einige Male pro Tag wiederholt, um die Tagesanzeige kontinuierlich aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wird die Ansteuerzeit abgekürzt, und selbst bei einem geringfügig erhöhten Bedarf an elektrischer Energie ist diese bei weitem geringer als der Energiebedarf bei anderen Anzeigeelementen.

Zur Unterscheidung des Sonntags von den anderen Tagen durch unterschiedliche Farbgebung wird eine Spannung vorgegebener Polarität an die Tagessegmente von Montag bis Samstag angelegt, während eine Spannung entgegengesetzter Polarität an die gleichen Segmente für den Sonntag angelegt wird. Diese Methode ermöglicht eine zweifarbige Anzeige ohne Anordnungsschwierigkeiten. Das Umwechseln der Tage wird dadurch durchgeführt, daß zunächst der vorausgegangene Tag durch Anlegung einer Spannung mit entgegengesetzter Polarität gelöscht und sodann die Anzeige des nächsten Tages mit einem Treiberstrom aktiviert wird. Daher ist der Impuls zwischen dem vorausgehenden Sonntag und dem Beginn des darauffolgenden Montags wegen der Überlappung des Löschimpulses und des Treiberimpulses verlängert (Fig.9).

Fig. 10 zeigt den Verlauf der Treiberwelle der Batterie-Warnanzeige 74. Zu diesem Zweck wird ein elektrochromes Material mit einer langen Verfärbungsdauer verwendet. Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Detektorschaltung, die mit einer ebenfalls nicht dargestellten Batterie verbunden ist, mißt die Spannung. Wenn die Spannung gegen Ende der Batterie-Lebensdauer abzusinken beginnt, gibt die

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Detektorschaltung einen momentanen Impuls an die Warnanzeige, der zur Änderung der Farbe des elektrochromen Materials 62 führt, und unmittelbar vor dem Verblassen der Farbanzeige wird erneut ein Treiberstrom angelegt, der die Verfärbung ähnlich der zuvor erwähnten Tagesanzeige aufrechterhält. Im Falle der Warnanzeige ist es jedoch nicht notwendig, eine entgegengesetzte Spannung anzulegen, da eine vorhergehende Anzeige nicht gelöscht zu werden braucht. Es ist daher klar, daß die Anzeigemethode auch in diesem Falle wesentlich geringere Energie verbraucht als die Methoden herkömmlicher Art, bei denen lichtemitierende Dioden usw. dauernd zum Aufleuchten gebracht werden.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden elektrochrome Elemente als Anzeigeelemente für die Uhr genannt. Während die Eigenschaften elektrochromer Elemente zur Langzeitanzeige am *> besten geeignet sind, können erfindungsgemäß auch Flüssigkristalle, LEO und andere Anzeigeelemente in Kombination mit elektrochromen Elementen verwendet werden, wobei die zuerst genannten Elemente als Kurzzeitanzeigen und letztere als Langzeitεnzeigen verwendet werden.

Wie oben beschrieben, nutzt die Erfindung die Eigenschaften elektrochromer Materialien wie folgt aus:

(1) Die Fähigkeit zur Erhaltung des Verfärbungszustandes über eine Zeitdauer nach Anlegen einer Spannung;

(2) Die Fähigkeit eines elektrochromen

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Materials zur Erzeugung von drei Farben durch Anlegen einer Spannung vorgegebener Polarität, Entfernen der Spannung und Anlegen einer Spannung der entgegengesetzten Polarität;

(3) Unterschiedliche Arten von elektrochrome» Material zur Erzeugung verschiedener Farben; und

(4) Die sofortige Löschung oder Änderung einer vorhergehenden Verfärbung durch Anlegen einer Spannung von der vorhergehenden Spannung entgegengesetzter Polarität.

Bei Verwendung zum Anzeigezweck führen diese Eigenschaften zu. beträchtlichen Energieeinsparungen, ermöglichen die Herstellung einer kleineren, dünneren Uhr mit einer kleineren Batterie mit großer Lebensdauer und zu besonderen gestalterischen Farbeffekten.

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Claims

ANWÄLTE ZENZ & HE-.BE-R . ESSEM, AK RÜHRSTEIN 1 . TEL.: (02141) 472687

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Ansprüche

Elektronische Uhr mit mehrschichtigen elektronischen Anzeigeelementen für Anzeigefunktionen, einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Signals konstanter Frequenz, einer Frequenzteilerschaltung für das Oszillatorsignal und einer das Ausgangssignal der Frequenzteilerschaltung dekodierenden Treiberschaltung, die mit den Anzeigeelementen derart verbunden ist, daß die Anzeigeelemente in Abhängigkeit von einem von der Treiberschaltung angelegten Signal aktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente (10) ein Substrat (56) aus transparentem Material, eine auf dem Substrat angeordnete, optisch leitende Elektrodenschicht (64) aus einem lichtdurchlässigen Material, eine mit der optisch leitenden Schicht in Kontakt stehende Schicht (62) aus elektrochromem Material, dessen Farbe bei Spannungsänderung veränderbar ist, eine auf der der optisch leitenden Schicht €2) aus elektrochromem Material angeordnete Isolierschicht (60) und eire auf der Isolierschicht angeordnete reflektierende Elektrode (58) aufweisen.
2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektrochrome Elemente (52, 54) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Farben in einer Anzeige kombiniert sind.

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3. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrochrome Material (62) eine Mischung aus Kaliumchlorid und Seltene Erden-Element-Diphthalozyaninsalz ist.
4. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (48) so ausgebildet ist, daß Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten an die elektrochromen Elemente (10; 7 2) zur Erzeugung unterschiedlicher Farben anlegbar sind.
5. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (48) so ausgebildet ist, daß eine Spannung vorgegebener Polarität an ein elektrochromes Element (72) zum Löschen einer Anzeige und eine Spannung der entgegengesetzten
Polarität an das elektrochrome Element anlegbar ist.
6. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (48) so aufgebaut ist, daß eine Anzeige, z. B. eine Batterie-Warnanzeige (74), über wiederholte Verblassungsvorgänge dadurch aufrechterhalten ist, daß die Steuerspannung vor dem vollständigen Verblassen der Anzeige wieder angelegt wird.
7. Uhr nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß andere Anzeigeelemente, z. B. Flüssigkristalle, lichtemitierende Dioden u. dgl. zur Kurzzeitanzeige mit elektrochroraen Anzeigeelementen (10)
kombiniert sind.
8. Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrochromen Elemente (52, 54) wenigstens zwei Arten von elektrochromem Material enthalten, die auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind.

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