DE2210454B2

DE2210454B2 - Zeitmesser, insbesondere armbanduhr

Info

Publication number: DE2210454B2
Application number: DE19722210454
Authority: DE
Inventors: John Merrill; Walton Richard Sayres; Lancaster; Blouch Eric Lynn Richland; Pa. Bergey (V.St.A.)
Original assignee: Time Computer, Inc., Lancaster, Pa. (V.SLA.)
Priority date: 1971-03-12
Filing date: 1972-03-03
Publication date: 1976-12-16
Also published as: FR2128761B1; FR2128761A1; JPS5328461Y2; GB1358707A; CH363072A4; JPS4716465U; DE2210454A1; CA931768A; US3701249A

Description

Die Erfindung betrifft einen Zeitmesser, insbesondere eine Armbanduhr, mit einem elektrischen Taktgeber, einem Zeitrechner, einer optischen Anzeige und einer Spannungsquelle.

Ein derartiger Zeitmesser ist beispielsweise aus der Zeitschrift »Die Uhr« Nr. 15,1970, Seiten 42,44 bekannt. Die daraus bekannte Uhr weist nur eine Spannungsquel Ic auf, die sowohl für die Anzeigeanordnung, als auch für die Schaltungslogik verwendet wird. Die Schaltungslogik benötigt jedoch nur eine relativ niedrige Spannung, wogegen die Anzeigeeinrichtung mit Flüssigkeitskristallen zur Erzielung einer guten Darstellung eine relativ hohe Spannung benötigt. Eine einzige Quelle kann also die Erfordernisse für die Versorgung der Schaltungslogik und der Anzeigeeinrichtung nicht gleichzeitig in dem erforderlichen Maße gut erfüllen. Eine Quelle mit relativ hoher Spannung ergibt zwar eine gute Anzeige, führt jedoch bei der Schaltungslogik zu einem relativ hohen Leistungsverbrauch. Umgekehrt werden bei einer Quelle mit relativ niedriger Spannung die Erfordernisse der Schaltungslogik gut erfüllt, jedoch erhält man dabei eine relativ schlechte Anzeige. Darüber hinaus wird bei der bekannten Uhr die Spannung nur in einer Polrichtung an die Flüssigkeiiskristalle angelegt, was dazu führt, uaß die Lebensdauer der Flüssigkeitskristaile relativ gering ist. Bei der bekannten Uhr ist es daher die Aufgabe, eine möglichst gute Anordnung und Zusammensetzung der einzelnen Bauteile einer Armbanduhr anzugeben. Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung einen Zeitmesser, insbesondere eine Armbanduhr der eingangs genannten Art derart zu schaffen, daß einerseits der Leistungsbedarf der Uhr niedrig jnd andererseits die Anzeiee

möglichst gut lesbar, also hell sein und die Anzeigevorrichtung eine möglichst lange Lebensdauer aufweisen

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ei geben sich aus den Unteransprüchen.

Mit der Erfindung wird daher eine verbesserte, aus Halbleiterelementen aufgebaute Uhr ohne bewegi.che Teile geschaffen, die insbesondere eine verbesserte Flüssigkeitskristallanzeige aufweist. Wesentliche Merkmale der Erfindung beziehen sich auf eine Abfrage-Anzeigevorrichtung, die r.icht nur die Stromaufnahme von der in einem Armbanduhrgehäuse unterzubringenden kleinen Batterien vermindert, sondern außerdem wegen des sehr kleinen Verhältnisses zwischen Betätigungszeit und Nichtbetätigungszeit bei Anwendung der Abfragetechnik die Betriebslebensdauer des einen Teils der Anzeige bildenden FlüssigkeitskristallmateriaJs beträchtlich verlängert. Ein weiteres Merkmal der Erfindung l^;egt in einer Strcmumkehrschaltung, durch welche die Richtung des Stromfiusses über den Flüssigkeitskristall umgekehrt wird. Die Stromumkehrung trägt weiterhin zu einer beträchtlich verlängerten Betriebslebensdauer des Flüssigkeitskristallmaterials bei. In gewissen Fällen erhöht die Stroniumkehrung die Betriebslebensdauer des Flüssigkeilskristalls auf einen solchen Wert, daß der Abfrageschalter überflüssig wird. Weiterhin ist eine Batterie hoher Spannung vorgesehen, die nur periodisch zur Betätigung der Flüssigkristallanzeige eingeschaltet wird, sowie eine getrennte Batterie niedriger Spannung und hoher Kapazität, die ständig mit den zeithaltenden Bauteilen der Schaltung verbunden ist, so daß die Zeit kontinuierlich gemessen wird. Eine solche Anordnung entspricht den variierenden Erfordernissen der Flüssigkeitskristall-Anzeige, die, obgleich sie so dünn wie irgend möglich ausgebildet ist. dennoch eine Anregung mit verhältnismäßig hoher Spannung erfordert; außerdem gewährleistet sie den für die zeithaltenden Bauteile der Uhr erforderlichen Dauerbetrieb bei niedriger Stromaufnahme. Schließlich werden erhöhte Betriebslebensdauer und verbessertes Aussehen der Flüssigkeitskristallanzeige dadurch gewährleistet, daß eine hochglanzpolierte Spiegelfläche, wie eine Aluminiumfolie an der Außenseite der rückseitigen Glasscheibe der Anzeige angeordnet wird, wodurch das Problem des Angriffs durch das Flüssigkeitskristall-Material überwunden wird und die bisherigen, unerwünschten Elektroden-Isolierlinien bzw. -Bereiche entfallen. 5"

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Armbanduhr mit den Merkmalen der Erfindung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Bauteile der Armbanduhr gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine bei der Armbanduhr gemäß F i g. verwendbare Balkensegmcnt-Anzeige,

Fig.4 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt durch die Anzeige gemäß F i g. 3,

F i g. 5 ein Schaltbild zur Darstellung des Anschlusses der Bauteile gemäß Fig. 2 an getrennte Stromversorgungen der Uhr,

Fig. 6 ein Schaltbild zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des Polaritätswendeschalters zur Umkehrung der Polarität der an die Flüssigkristall-Segmentc aneelenten Spannung und

F i g. 7 ein Schaltbild zur Darstellung des Ausgangssignals des Flip-Flops gemäß F i g. 6.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Uhr 10 ist so ausgelegt, daß sie in ein Uhren-Gehäuse 12 von etwa der Größe einer herkömmlichen Armbanduhr paßt. Das Gehäuse 12 ist mit einem Uhren-Armband 14 verbunden und weist ein Schauglas 16, über das die Zeit in Digitalform dargestellt bzw. angezeigt wird, sowie einen Druckknopf 18 zur Betätigung eines Abfrageschalters auf, über welchen die Anzeige aktiviert wird.

im Normalbetrieb geht die Zeithaltefunktion kontinuierlich vor sich, doch wird die Zeit nicht über das Schauglas 16 angezeigt. Dies bedeutet, daß normalerweise kfcine Zeitanzeige durch das Schauglas erkennbar ist: dies ist der normalerweise vorherrschende Zustand, um Batterieenergie in der Uhr zu sparen. Auch wenn über das Schauglas 16 keine Zeitanzeige geliefert wird, hält die Uhr 10 dennoch ständig die genaue Zeil und vermag diese Zeit zu jedem beliebigen Zeitpunkt genau wiederzugeben. Wenn der Benutzer die genaue Zeit zu wissen wünscht, drückt er mit dem Finger den Druckknopf 18, worauf augenblicklich bei 20 die richtige Zeit angezeigt wird, beispielsweise wie in F i g. 2 die Zeit 10:10:59, d.h. zehn Minuten und neunundfünfzig Sekunden nach zehn Uhr. Die Stunden. Minuten und Sekunden, d.h. die Ziffern 10:10:59, werden eine bestimmte Zeit lang, vorzugsweise I¹A Sekunden lang, unabhängig davon, ob der Druckknopf 18 gedruckt bleibt oder nicht, über das Schauglas 16 angezeigt. Die genaue Wiedergabedauer ist so gewählt, daß der Benutzer die Zeit nach Stunde. Minute und Sekunde gut ablesen kann. Sollte sich die Minutenanzeige während der Ablesung ändern, so wird diese Änderung augenblicklich durch ein Vorrücken der Minutenanzeige auf die nächste Ziffer, d. h. im vorliegenden Beispiel auf die 11, bereits während dem Ablesen der Uhr angezeigt. Die von 0 bis 59 fortlaufende Sekundenanzeige ist weiterhin über das Schauglas 16 sichtbar, bis der Druckknopf 18 losgelassen wird. Selbstverständlich ist es gewünschtenfalls auch möglich, die Stunden, Minuten und Sekunden gleichzeitig ständig anzuzeigen, solange der Abfrage-Druckschalter gedrückt ist.

Das vereinfachte Blockschaltbild in F i g. 2 stellt die elektrische Schaltung der Uhr gemäß F i g. 1 dar. Die Schaltung weist einen Kristall als Frequenznormal auf, der eine sehr genaue Frequenz liefert, so daß das Frequenznormal bzw. der Oszillator mit einer Frequenz von 32 768 Hz schwingt. Diese vergleichsweise hohe Frequenz wird über eine Zuleitung 28 an einen Frequenzwandler 30 bzw. einen Frequenzteiler angelegt, welcher die vom Frequenznormal gelieferte Frequenz unterteilt, so daß sein auf einer Zuleitung erscheinendes Ausgangssignal eine Frequenz von 1 Hz besitzt. Dieses Signnl wird an einen Anzeigen-Treiber 34 angelegt, der seinerseits die Anzeige 20 der Uhr über eine elektrische Zuleitung 36 ansteuert.

Die Einzelheilen des Frequenznormals 26, des Frequenzwandlers 30 und des Treibers 34 brauchen nicht näher erläutert zu werden, da sie mit der botreffenden Bauteilen der DT-OS P 21 13 350.b prak tisch identisch sind.

Kurz gesagt, bestehen diese Bauteile aus komplcmcn türen MOS-Transistoien und sind als integrierte Schaltkreise ausgelegt, so daß sie für ihren Betrieb cinei minimalen Leistungsbedarf erfordern und der Größen reduzierung zugänglich sind, die für ihre Einfügung eine herkömmliche Armbanduhr notwendig ist.

Obgleich die Uhr gemäß F i g. 1 und 2 mit einer aus

Punkten bestehenden Matrix aus Flüssigkristallen für jede Anzeige-Ziffer dargestellt ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt; die Anzeige kann auch gemäß Fig. 3 die Form eines aus sieben Balken bestehenden Segments besitzen. Fig. 3 zeigt sieben Flüssigkristall-Segmente 38, 40, 42, 44, 46, 48 und 50 länglicher Form, die derart angeordnet sind, daß durch Erregung einer entsprechenden Kombination von Balken-Segmenten jede beliebige Ziffer zwischen 0 und 9 dargestellt werden kann. In gewissen Fällen wird die aus sieben Balken-Segmenten bestehende Anzeige gemäß Fig. 3 bevorzugt, da sie für die optische Anzeige weniger Energie benötigt als die aus 27 Punkten bestehende Matrix gemäß Fig. 1.

Fig.4 ist ein Schnitt durch einen Abschnitt von zwei benachbarten Balken-Segmenten der Anzeige, beispielsweise des obersten Segments 38 und des benachbarten Segments 48 gemäß Fig. 3. Selbstverständlich sind die anderen Balken-Segmente der betreffenden Anzeigeziffer sowie die Baiken-Segmente der anderen Anzeigeziffern und auch der Doppelpunkt-Segmente ähnlich aufgebaut. Die zur Unterscheidung von der Punkt-Anzeige 20 gemäß Fig. 1 mit 20' bezeichnete Balkensegment-Anzcige weist eine praktisch durchsichtige Frontscheibe 52, vorzugsweise aus Glas, sowie eine aus Glas bestehende Rückscheibe 54 auf.

Die Glasscheiben 52 und 54 sind durch nicht dargestellte Abstandstücke auf Abstand voneinander angeordnet, und zwischen ihnen befindet sich eine sich vorzugsweise über die gesamte Fläche der Glasscheiben 52 und 54 erstreckende, später noch näher erläuterte Flüssigkeits-Substanz 56. Eine noch näher zu erläuternde reflektierende Schicht 66 ist auf die Rückseite der Scheibe 54 aufgetragen. Die Stirnseite der Rückscheibc 54 sowie die Rückseite der Frontscheibe 52 sind mit einem bei 58 bzw. 58' angedeuteten transparenten Elektrodenmaterial beschichtet, wobei bestimmte Bereiche unbeschichtet sind. Elektroden 60 und 62 bilden die Balken-Segmente. Beispielsweise kann der Überzug aus Elektrodenmaterial 58 über die ganze Stirnseite der Rückscheibe 54 hinweg aufgetragen werden, während das Elektrodenmaterial anschließend zur Festlegung der Elektroden für jedes der aus sieben Balken bestehenden Segmente sowie für die Doppclpunkte weggeätzt wird und die Elektrodenpaare elektrisch voneinander isoliert werden. In Fig. 4 sind zwei benachbarte Elektroden 60 und 62 dargestellt, wobei die Ätzung des Elektrodenmaterial bei 61 angedeutet ist. Das Balken-Segment 38 stellt das Fiüssigkristallmaterial 56 zwischen der Elektrode 60 und der Schicht 58' und das Balken-Segment 48 das Flüssigkristallmaterial zwischen der Elektrode 62 und dem unmittelbar gegenüberliegenden Abschnitt der leitiähigen Schicht bzw. des Elektrodenmaterials 58' dar. Jedes Balken-Segment jeder Anzeige-Ziffer besteht auf ähnliche Weise aus sich über das Fiüssigkristallmaterial erstreckenden Elektrodenpaaren. Wie durch die Pfeile 64 angedeutet, fällt Licht durch die Frontscheibe 52 hindurch und läßt die Anzeige sichtbar werden, wobei das Licht entweder Umgebungslicht oder Licht von einer an der Uhr montierten Lichtquelle sein kann.

Wie erwähnt, ist die Flüssigkristall-Substanz 56 zwischen den Glasscheiben 52 und 54 angeordnet. Der Ausdruck »Flüssigkristall« bezieht sich auf eine Substanz, deren Theologisches Verhalten demjenigen von Fluidcn entspricht, doch deren optisches Verhalten über einen vorgegebenen Temperaturbereich dem kristallinen Zustand ähnelt. Diese Substanzen zeigen mesomorphes Verhalten, und von den drei Zuständen des mesomorphen Verhaltens zeigt der nematische Zustand den bei der erfindungsgemäßen Digital-Zcitanzeige ausgenutzten elektromagnetisch-optischen Effekt. Ein bevorzugler nematischer Flüssigkristall mit den erforderlichen Eigenschaften ist p-Azoxyanisol. Dieses Material besitzt das gewünschte mesomorphe Verhalten innerhalb des für Uhren gewünschten Temperaturbereichs, und es ist für derartige Flüssigkristalle unter diesen Temperaturbedingungen charakteristisch, daß sie praktisch durchsichtig sind, wenn kein elektrisches oder magnetisches Feld an sie angelegt ist. Wird jedoch ein elektrisches oder magnetisches Feld angelegt, so

i$ wird der Flüssigkristall turbulent und streut Licht, wodurch weiß erscheinendes Licht reflektiert wird. Ein weiteres Merkmal des Flüssigkristalls besteht darin, daß. je größer die auf den angeregten Flüssigkristall einfallende Lichtmenge ist. um so größer ist die Reflexionsfähigkeit bzw. Helligkeit und mithin der Kontrast mit der angrenzenden Umgebung.

Wenn die zwischen den Elektroden der Balken-Segmente befindlichen Bereiche der Flüssigkristall-Substanz 56 nicht angeregt sind, ist crsichtlichcrweisc der reflektierende Hintergrund der Rückpiaitc 54 durch die durchsichtige Frontscheibe 52 und den transparenter Flüssigkristall hindurch sichtbar. Bei Betrachtung des. Anzeige-Schauglases 16 ist mithin der durch die Rückplatte 54 gebildete reflektierende, dunkel erscheinende Hintergrund durch das durchsichtige Elektrodenmaterial 58 und 58'. d.h. im wesentlichen über die gesamte Anzcigcfläche hinweg, sowie durch die zwischen den Elektroden der nicht angeregten Balken-Segmente liegenden Bereiche des Flüssigkristalls hindurch sichtbar. Die dur-ii den Treiber 34 gemäß F i g. 2 an Spannung gelegten Elektroden regen jedoch die zwischen ihren liegenden Flüssigkristalle an. so duß das einfallende Licht gestreut wird. Dieses einfallende, reflektierte Licht erscheint gegen den dunklen unigebenden Hintergrund weiß. Auf diese Weise liefern die angeregten Flüssigkristali-Balkensegrrentc eine leicht ablesbare und deutlich unterscheidbarc Zeitanzeige in Digitalform, deren Ziffern durch die selektiv erregten Flüssigkristall-Balkcnscgmente gebildet werden, die

infolge der Streuung des einfallenden Lichts weil.¹ erscheinen und mit dem dunklen Hintergrund det Rückscheibe 54 kontrastieren bzw. abMeehcn. Zudem ist der Kontrast um so größer, je größer die einfallende Lichtmenge ist. Diese Wirkung wird noch durch du

jo Reflexionsschicht bzw. den Spiegel 66 verstärkt welcher das über das Schauglas 16 einfallende Lieh durch das nunmehr durchscheinende Flüssigkristall terial eines angeregten Segments hindurch zurückwirft Der Grund dafür, daß der Spiegel derart wirksam zun

Auftreten eines Segments beiträgt, liegt darin, daß da angeregte Flüssigknstal!m;aterial das Licht am besten ii Vorwärtsrichtung streut. 5,0 daß das aus dem Innerei der Anzeige kommende Licht am wirksamsten gestreu wird.

Bei Anwendung der derzeitigen Technologie ist di Verkleinerung einer Flüssigkristalle verwendender schichtartig aufgebauten Anzeigezellc zur Verwcndun. in einer Armbanduhr herkömmlicher Größe gewisse Fertigungsnachteilen unterworfen. Die Hauptschwic

*S rigkeiten betreffen die vergleichsweise kurze Betrieb« lebensdauer nematischer Flüssigkristalle sowie di vergleichsweise hohe Betriebsspannung, die zur Hei vorbringung einer wirksamen dynamischen Strcuun

erforderlich ist. Zur Verbesserung der scheinbaren Kontrastverhältnisse ist es üblich, eine hochglanzpolierte Spiegelfläche, wie eine Aluminiumfolie, auf die Innenseite der Riickscheibenanordnung aufzubringen. Eine mit dieser Konstruktion verbundene Schwierigkeit besteht darin, daß einige Flüssigkrisiall-Materialien die Tendenz zeigen, schließlich die Spiegelfläche anzugreifen und ein unerwünscht blasenartiges Aussehen derselben hervorzurufen. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß die Oberfläche typischerweise sehr dünne. aber dennoch sichtbare Elektroden-Trennlinien aufweisen muß, um ein Kurzschließen zu verhindern. Wesentlich ist. daß die Spiegelfläche, beispielsweise eine Aluminiumfolie, wie bei 66 in F i g. 4 angedeutet, auf die Außenfläche der Glas-Rückscheibc statt auf deren Innenfläche aufgetragen wird. Hierdurch werden die beiden vorstehend behandelten Schwierigkeiten bezüglich des blasenartigen Aussehens und der Elektroden-Isolationslinien vermieden. Die hierdurch zusätzlich eingeführte Parallaxe ist unbedeutend, vorausgesetzt. daß die Dicke der Rückscheibe 54 nicht größer ist als etwa 1,0 mm. Zudem gewährleistet diese Technik, daß die Anzeige bei Sichtbetrachtung heller erscheint, was auf der Erhöhung des Liehtsammclvermögens der zugeordneten Spiegelfläche zurückzuführen ist.

Wie erwähnt, weist die erfindungsgcmäße Uhr einen durch den Druckknopf 18 gemäß Fig. 1 betätigten Anzcige-Abfragcschalter auf. Hierdruch wird die Lebensdauer sowohl des Flüssigkristalls als auch der Stromversorgung um mehrere Größenordnungen erhöht, da es sich aufgrund früherer Erfahrungen herausgestellt hat. daß bei Anwendung der Abfragetechnik das Verhältnis von Betätigung zu Nicht-Betätigung ziemlich klein wird und in der Größenordnung von 0.05% liegt. Außerdem hat es sich gezeigt, daß durch Wechsclstrombetrieb die Lebensdauer des Flüssigkristallmaterials gegenüber einem Gleichstrombetrieb um das Vier- bis Fünffache erhöht wird. Obgleich dem Glcichstrombeiricb gegenüber einer Wechselstromumwandlung bei einer Armbanduhr der Vorzug gegeben wird, ist es möglich, die vorteilhaften Wirkungen des Wechselstrombeiriebs bezüglich der Übergangsionen im Flüssigkristallmaterial durch eine Stromumkehrung angenähert zu erreichen. Dies bedeutet, daß die Anzeige weiterhin an einer Gleichspannung liegt, doch wird die Richtung des elektrischen Felds zwischen Anode und Kathode bei Anregung eines Segments periodisch umgekehrt.

Es hat sich bei der Erfindung als sehr wesentlich erwiesen, durch Verringerung der Dicke des Flüssigkri-Stallmaterials — indem etwa die Glasscheiben oder andere Schichtungsmatcrialien dichter gegeneinander verlegt werden — die Betriebsspannung und die dynamischen Streuungs-Abklingzeiten für den Flüssigkristall zu reduzieren. Obgleich durch Reduzierung der Materialdicke große Spannlingsverminderungen möglich sind, treten bei Reduzierung der Materialdicke auf unter etwa 0,025 mm die praktischen Probleme der Planheit der Glasscheiben, der Abdichtung der Anzeigezelle und der Material-Gleichförmigkeit deutlicher zutage. Um diese Probleme mit der infolge des kleinen Einbauraums einer Armbanduhr begrenzten Energiemenge der Stromversorgung auszuräumen, schafft die Erfindung eine Anordnung, bei weicher die Uhr durch zwei getrennte Batterien bzw. Stromquellen gespeist wird. Genauer gesagt, ist eine Batterie niedriger Spannung und hoher Kapazität kontinuierlich mit dem Frequenznormal (Kristall-Oszillator) 26, dem Frequenzwandler (Teiler) 30 und dem Anzeige-Treiber 34 verbunden. Außerdem ist eine getrennte Batterie hoher Spannung vorgesehen, die nur bei Bedarf zum Anregen der Flüssigkristall-Anzeige eingeschaltet wird.

Die getrennte Batterien verwendende Stromversorgungsschaltung in in Fig. 5 allgemein veranschaulicht. Bei dieser Schaltung sind das Frequenznormal I!6, der Frequenzwandler 30 und der Treiber 34 ständig über eine Batterie 68 niedriger Spannung geschaltet. Bei der Batterie 68 kann es sich beispielsweise um eine herkömmliche 1,5-V-Silberoxidzelle hoher Kapazität handeln. Die Batterie 68 ist über eine Zuleitung 72 und einen Masseanschluß 74 an die allgemein bei 70 angedeuteten zeilhaltcndcn Bauteile der Uhr angeschlossen. Der Masseanschluß 74 kann auf übliche Weise am Uhrengehäuse an Masse liegen.

Im vereinfachten Schaltbild der Uhrenkonstruktion gemäß Fig. 5 ist auch ein von Hand betätigbarer Abfrageschalter 76 dargestellt, der normalerweise offen ist, aber geschlossen wird, wenn der Druckknopf 18 gemäß I- i g. 1 von Hand gedrückt wird. Beim Loslassen des Druckknopfes 18 öffnet sich der Schalter 76 wieder. Bei der dargestellten Ausfühningsform verbindet dieser Abfrageschalter 76 eine Zuleitung 79 einer Stromquelle 78 höherer Spannung über einen Polaritäts-Wendeschaller 80 mit der Fhissigkrisuill-An/cige 20'. Die Spannungsquelle 78 kann beispielsweise die Form einer Batterie mit festem Aggregats/ustand von etwa 30 V Spannung bei 1 niA/h besitzen; diese Batterie dient lediglich zur Betätigung der Flüssigkristall-Anzcige. Wahlweise kann eine hohe Spannung durch Transformation der Spannung der Niederspannungsquelle erreicht werden.

F i g. 6 ist ein Einzelheiten zeigendes Schaltbild der Batterieanschlüsse und des Polaritäls-Wendeschalter 80 gemäß F i g. 5. Ein Teil des Treibers 34 ist am rechten Hndc von Fig. b dargestellt, während ein Teil des Teilers 30 an der linken Seite von F i g. 6 angedeutet ist. Der Treiber 34 liefert die Taktsignaie für die Flüssigkristall-Anzeige, und eine Zwischenstufe des Frequenzwandlers bzw. -toilers 30 liefert ein Polaritätswendcsignal für die Anzeige. In bevorzugter Ausführungsform ist die Anzeige durch die Niederspannung-Abfrageschalter, wie den mit dem Teiler 30 verbundenen Schalter 76.4 gemäß F i g. b. und mit dem Treiber 34 verbundene Schalter 76ß trennbar. Diese Schalter ersetzen den Hochspannungsschalter 76 gemäß F i g. 5 und ermöglichen eine Trennung bzw. ein Abschalten der Anzeige, ohne daß eine Unterbrechung der von der Batterie 78 gelieferten höheren Spannung erforderlich ist.

Gemäß F i g. 6 erzeugen zwei im Anzeige-Treiber 34 vorgesehene Dekoder-Treiberstufen Taktausgangssignale bei 82 und 84. Die Dekoder-Treiberstufen arbeiten mit niedriger Spannung und sind an eine Niederspannungs-Leitung 69 der Niederspannungs-Batterie 68 angeschlossen. In bevorzugter Ausführungsform besitzen sie jeweils die Form eines komplementären Paars von P- und N-Kanal-MOS-Transistoren. Die Ausgangssignale der Treiberstufen werden über die Schalter 76ß sowie über entsprechende Widerstände 86 und 88 an zugeordnete Paare von Schalt-Transistoren angelegt, beispielsweise an Transistoren 91 und 93 für das Segment 38 der Flüssigkrislall-Anzeigc sowie an Transistoren 91' und 93' für das Segment 40 der Flüssigkristall-Anzeige. Über die betreffenden Transistoren sind Umgehungs- bzw. Bypaß-Glcichrichtcrdioden 95, 97, 95' und 97' geschaltet. Die Basen der

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Transistoren sind über Gleichrichterdioden 9OA, 92A, !Wound 92ßan die Treiberstufen-Ausgänge angeschaltet.

Ein Polaritäts-Wendesignal mit einer Frequenz von vorzugsweise zwischen etwa 10 Hz und etwa 500 Hz wird von einer Zwischenstufe des Teilers 30 abgenommen und über den Schalter 764 sowie einen Widerstand 106 an die Basis eines Transistors 107 angelegt. Der Ausgang dieses Transistors ist an ein Hochspannungs-Flip-Flop 81 mit Ausgängen 103 und 105. die mit Q bzw. Q bezeichnet sind, zum Anlegen des Potentials hoher Spannung der Batterie 78 über die betreffenden Flüssigkristall-Segmente, wie die Segmente 38 und 40. gemäß F i g. 6 angeschlossen. Die Ausgangsstufen dieses Flip-Flops 81 sind in F i g. 7 näher dargestellt und bestehen aus einem ersten Paar komplementärer MOS-Transistoren 117 und 118 sowie einem zweiten Paar komplementärer MOS-Transistoren 121 und 123.

Die Treiberstufen-Ausgänge 82 und 84 sind über die Widerstände 86 und 88 an die Sperr-Dioden 9OA 92A 90B und 92ß von Steuer- bzw. Regelkreisen 99 und 101 angeschlossen. Ersichtücherweise sind identische Regelkreise für jedes Segment der Anzeige vorgesehen, doch sind in F i g. 6 aus Gründen der Vereinfachung nur zwei Segmente 38 und 40 eingezeichnet. Bei der dargestellten Ausführungsform regelt der Kreis 99 den Stromfluß über das Segment 38 und der Kreis 101 den Siromfluß über das Segment 40.

Zum Aktivieren des Segments 38 muß der Ausgang 82 positiv sein. Hierbei kann je nach dem Zustand des Flip-Flops 81 ein Basistrom im Transistor 91 oder 93 fließen. Wenn_beispielswcisc der Q-Ausgang 103 positiv ist und der Q-Ausgang 105 an Masse liegt, fließt der Basisstrom über die Diode 92,4 und schaltet den Transistor 93 durch. Wenn der Transistor 93 durchgeschahct ist und der Transistor 95 sperrt, fließt der Strom vom Q-Ausgang 103 über die Bypaß-Diode 95, das Flüssigkristall-Segmcnt 38, den Transistor 93 und zurück zu Masse über den ^-Ausgang 105. Wenn die Ausgangssignale des Flip-Flops 81 entgegengesetzte Zustände bcs.tzen und der Ausgang 82 der Treiberstufe positiv ist, wird de- Stromfluß über das Flüssigkristall-Segment 38 umgekehrt. Der entsprechende Basisstrom für den Transistor 91 fließt über die Sperr-Diode 90.4 und schaltet den Transistor 91 durch. Infolgedessen fließt der Strom vom Q-Ausgang 105 über die Bypaß-Diode 97. das Flüssigkristall-Scgment 38. den Transistor 91 und zurück zu Masse beim (^-Ausgang 103.

Der Zustand des Flip-Flops 81, das mit hoher Spannung betrieben wird und über die Ausgänge 103 und 105 die hohe Spannung zu den Flüssigkristall-Segmenten liefert, wird über den .Spannungs-Transistor 107 durch das über den Schalter 76.4 gelangende Ausgangssignal vom Frequenzteiler 30 gesteuert. Da der Transistor 107 ein Stromverstärker ist, ist er spannungsunabhängig und kann von der niedrigen Spannung des Teilers 30 auf die hohe Spannung des Flip-Flops 81 übergehen. Der Strom im Basis-Emitterkreis des Transistors 107 verursacht einen Stromfluß im Kolleklor-Emitterkreis, wodurch ein Spannungsabfall über den

ίο Lastwiderstand 113 hervorgerufen wird. Infolgedessen ändert sich das Eingangssignal 115 /um Flip-Flop 81. wodurch der Zustand der Ausgänge 103 und 105 verändert wird.

F i g. 7 veranschaulicht mit diesen Ausgängen verbundene Schaltkreise, die aus P- und N-Kanal-MOS-Transistoren in komplementärer, symmetrischer Konfiguration bestehen. Dies bedeutet, daß der N-Kanal-Transistor sperrt, wenn der P-Kanal-Transistor durchgeschaltet ist. Wenn beispielsweise das Q-Ausgangssignal bei 103 hoch ist, ist der P-Kanal-Transistor 117 durchgeschaltet und bietet einen Stromkreis niedrigen Widerstands zur positiven Spannung und einen nahezu unendlich großen Widerstand zur negativen Spannung. Die Transistoren 121 und 123 bilden ein ähnliches komplementäres Paar, doch da der Ausgang dieses Paars an den Eingang der beiden Transistoren 117 und 119 angeschlossen ist, ist das Ausgangssignal Q bei 105 gegenüber dem Ausgangssignal Q bei 103 um 180° phasenverschoben. Demzufolge stellt der Transistor 123 einen Weg niedrigen Widerstands _zur negativen Spannung für das Ausgangssignal Q bei 105 her. Ersichtücherweise ist_ein Regelkreis, wie der zwischen die Ausgänge Q und Q eingeschaltete Regelkreis 99. im wesentlichen zwischen die positive und die negative

Spannung geschaltet, und wenn sich der Zustand des Flip-Flops 81 ändert, ändert sich auch die Polarität dieser Spannung.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine aus Haibieitereiememen aufgebaute Armbanduhr mit einer verbesserten Flüssigkristall-Anzeige. Zeithaltende Halbleiter-Bauelemente werden ständig durch eine Niederspannungs-Batterie gespeist, während die Anzeige bei Bedarf bzw. bei Abfrage durch eine getrennte Batterie hoher Spannung gespeis; wird. Zur Verlange

rung der Betriebslebensdauer der Anzeige wird die Richtung des Stromflusses durch die Flüssigkristall« während des Anzeigeintervalls umgekehrt. An de Außenseite der Rückscheibe der dünnen Glas-Schicht anordnung ist eine hochglanzpolierte Spiegelflächi

so angeordnet, so daß sie nicht mit dem Flüssigkristallnia terial in Berührung steht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zeitmesser, insbesondere Armbanduhr, mit einem elektrischen Taktgeber, einem Zeitrechner, einer optischen Anzeige und einer Spannungsquelle, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Quelle (78) mit höherer Spannung und eine Polaritätswende-Schalteinrichtung (80), welche die Quelle (78) mit höherer Spannung mit der Zeitanzeige (20,20') verbindet.

2. Zeitmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitanzeige (20, 20') eine Flüssigkeitskristall-Anzeige (F i g. 3 und F i g. 4) ist.

3. Zeitmesser nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Spannur.gsquelle (68) vorgesehen ist. die mit dem Taktgeber (26) und dem Zeitrechner (30,34) verbunden ist.

4. Zeitmesser nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (69) die zweite Spannungsquelle (68) mit dem Taktgeber (26) und dem Zeitrechner(30,34) kontinuierlich verbindet.

5. Zeitmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (26) aus einem Kristall-Oszillator besteht.

6. Zeitmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitrechner (30, 34) einen Frequenzteiler (30) und eine Dekodier- und Treiberstufenanordnung (34) für die optische Anzeige aufweist.

7. Zeitmesser nach einem der vorherghenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polaritäts-Wendeschalteinrichtung (80) an den Taktgeber (26) angekoppelt ist und der Stromfluß durch die Zeitanzeige periodisch umgekehrt werden kann.

8. Zeitmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, duß die Zeitanzeige eine Flüssigkeitskristall-Schichtkonstruktion (Fig. 4) mit einem Flüssigkeitskristallinaterial (56). das zwischen Abstand voneinander besitzende Front- und Rückscheiben (52 bzw. 54) eingefügt ist und einer an tier Rückscheibe (54) vorgesehenen Schicht hochglanzpolierten Spiegelflachenmatcrials (66) aufweist.

9. Zeitmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelschicht (66) eine Aluminiumfolie ist.

10. Zeitmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen elektrischen Hochfrequenztaktgeber (26), eine Flüssigkcitskristall-Zeitanzeige (20, 20'), einen den Taktgeber mit der Zeitanzeige koppelnden digitalen Zeitrechner (30, 34), eine mit dem Zeitrechner verbundene Niederspannungsquelle (68), eine Quelle (78) hoher Spannung und einen Btdarfs· bzw. Abfragesdialtcr (76), welcher die Spannungsquelle (78) hoher Spannung mit der Flüssigkeilskristall-Zeitanzeige (20, 20') verbindet, so daß letztere nur bei Bedarf betätigt wird.

11. Zeitmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederspannungs-Stromquelle (68) eine Silberonydzelle hoher Kapazität ist.

12. Zeilmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsquelle (78) eine Trockenbatterie ist.

13. Zeitmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie eine Spannung von

etwa 9 bis 30 Volt bei mindestens 1 mA/h liefert.

14. Zeitmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polariiäts-Wender (80), welche die Flüssigkeitskristall-Anzeige mit dem Zeitrechner koppelt, derart vorgesehen ist, daß das Potential über die Anzeige periodisch umgekehrt wird.

15. Zeitmesser, insbesondere Armbanduhr, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

.o optische Zeitanzeige (20, 20') eine Flüssigkeitskristall-Anzeige enthält, die Quelle (78) mit höherer Spannung eine Hochspannungsbatterie ist, und ein Abfrageschalter (76) die Batterie (78) mit der Anzeige (20, 20') verbindet, so daß die Zeitanzeige

15 (20,20') nur bei Bedarf an Spannung gelegt wird.

16. Zeitmesser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Polaritätswender (80) mehrere an die Zeitanzeige angekoppelte Halbleiter-Zweirichtungsgatter aufweist.

17. Zeitmesser nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiianzcige mehrere nüssigkeitskristall-Elemente aufweist, die so angeordnet sind, daß sie eine Dezimalziffcrnan/cige bilden.

18. Zeitmesser nach Anspruch 17. dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente Flüssigkeitskristall-Balkensegmente (F i g. 3) sind.

19. Zeitmesser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Segment ein getrenntes Gatter und ein den Zeitenrechner mit den Gattern verbindendes Flip-Flop vorgesehen sind.