DE2311508C3 - Elektrooptische Anzeige für elektronische Uhren - Google Patents

Description

T_A = X₃ + K₅

= /C₁

T_E = F + K_Z(M + /C₃)

15. Elektrooptische Anzeige nach den Ansprüchen 2, 4, 6 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß drei Steuergrößen zumindest einer Gruppe von Anzeigezellen zugeordnet sind, daß jede Steuergröße den Wert »1« zumindest während eines bestimmten Vorganges und den Wert »0« während der anderen Vorgänge aufweist, daß diese Steuergrößen den Vorgängen wie folgt zugeordnet sind: J^₂ = Kurzschluß und Einschreiben, /C₅ = Löschen, K₆ = Einschreiben und Aufrechterhalten, daß diese Steuergrößen logisch mit den Größen (F) kombiniert werden, um eine erste Übertragungsgröße (Γ_;) zu liefern, die den Wert »1« aufweis':, wenn einer der mit einer getrennten Elektrode verbundenen Transistoren dieser mit der positiven Klemme der Spannungsquelle verbindet, und um eine zweite Übertragungsgröße (Γ_/;·) zu liefern, die den Wert»1« aufweist, wenn der andere der mit der gleichen Elektrode verbundenen Transistoren diese mit der negativen Klemme der Spannungsquelle verbindet, und daß die logischen Kombinationen den folgenden Gleichungen gehorchen:

T₁ = FK₆

T_E = TK₂ + FK,

16. Elektrooptische Anzeige nach den Ansprüchen 2, 9, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zellen mit einer einzigen gemeinsamen Elektrode verbunden sind, deren Steuerung drei Übertragungsfunktionen (T_A, T,_} und T_M) zugeordnet ist, derart, daß für T_n = 1 die gemeinsame Elektrode mit der positiven Elektrode der Spannungsquelle, für T_B = 1 die gemeinsame Elektrode mit der negativen Span-Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Anzeige für elektronische Uhren, die durch minde-

stens eine Spannungsquelle gespeist sind und eiue Zeitbasis und einen Frequenzteiler aufweisen, wobei die elektroopiische Anzeige durch Zellen gebildet ist. die elektrochromatische Materialien enthalten, die zwei unterschiedliche Aussehensformen annehmen

ao können und die durch einen Codewandler gesteuert sind, dessen Ausgänge Zustandsgrößen liefern, die jeweils der Aussehensform entsprechen, die eine entsprechende Anzeigezelle haben soll, wobei die eine Aussehensform einer Zelle einem stabilen Zustand und die andere der Aussehensformen einem quasistabilen Zustand entspricht, der zur Aufrechterhaltung einen sehr geringen oder keinen Energieaufwand benötigt, während der Übergang von einem Zustand in den anderen die Zufuhr einer genau festgelegten Energie erfordert.

Es ist eine Vielzahl von Ausführungsformen von Uhren oder Chronometern bekannt, die auf unterschiedlichen Anzeigearten beruhen, wie z. B. Glühlampen-, Gasentladungs-Elektrolumineszenz-Flüssigkristall-Anzeigen usw. Es hat sich herausgestellt, daß alle bisher vorgeschlagenen Lösungen auf Schwierigkeiten stoßen, wenn versucht wird, sie auf eine Armbanduhr anzuwenden, und zwar auf Grund der geringen Spannung und der geringen Kapazität der zur Verfügung stehenden Energiequelle. Diese Energiequelle ist im allgemeinen eine Quecksilberoder Silberoxyd-Batterie, die eine Kapazität von 100 bis 200 mAh aufweist und die eine Spannung von 1,35 bis 1,5 V ergibt. Damit sichergestellt ist, daß diese Batterie ein Jahr lang ausreicht, muß der mittlere Stromverbrauch zwischen 10 und 20 μΑ für die gesamte Uhr liegen.

Eine noch wenig bekannte Möglichkeit zur Ausführung einer Anzeige für eine Uhr besteht in der Be einflussung der Absorptions- oder Reflektionseigenschaften eines Materials durch eine reversible elektrochemische Umwandlung. In die gleiche Kategorie kann die Anwendung von elektrochromatischen Materialien eingereiht werden. Mit dem Ausdruck »elektrochromatisch« sollen die verschiedenen Anzeigen bezeichnet werden, die folgende Eigenschaften aufweisen: sie besitzen zumindest zwei Zustände, die unterschiedliche optische Reftektions- oder Absorptionseigenschaften aufweisen. Der eine dieser Zuslünde, der als hell bezeichnet werden soll, ist auf unbegrenzte Zeit stabil. Der andere Zustand, der als dunkel bezeichnet werden soll, ist quasistabil, d. h. er erfordert zur Aufrechterhaltung einen geringen oder keinen Energieaufwand. Der Übergang von einem Zustand zum anderen ist unter der Wirkung einer elektrischen Erregung möglich und erfordert einen nicht vernachlässigbaren Energieaufwand. Die Rückkehr in den stabilen Zustand kann ohne Ener-

gieaufwand erfolgen, oder sie erfordert andererseits die Zufuhr einer zusätzlichen Energie zu seiner Beschleunigung. Die mittlere LeistungP, die erforderlieh ist, um das periodische Erscheinen und Verschwinden eines beliebigen Zeichens mit einer Frequenz F zu bewirken, kann durch eine Gleichung zusammengefaßt werden:

p_p . ,ρ«

P₅ ist die mittlere statische Leistung, die erforder-Hch ist, um einen der Zustände aufrechtzuerhalten, Wt ist der zum Übergang von einem Zustand zum anderen und zum Ausgangszustand zurück erforderliche Energieaufwand. Die elektrochromatischen, in der vorliegender. Erfindung angewandten Materialien weisen die gemeinsame Eigenschaft auf, daß in der Gleichung (1) der zweite Ausdruck größer ist als der ersle Ausdruck, und zwar selbst bei sehr niedrigen Frequenzen erheblich unter 1 Hz. Weiterhin ist die Größenordnung dieses Ausdruckes derart, daß es zur Erzielung eines niedrigen Leistungsverbrauchs urierläßlich ist, die Frequenz der Übergänge von einem Zustand zum anderen auf ein Minimum zu veningem und die Energiezufuhr für jeden Übergang in Abhängigkeit von dem gewünschten optischen Effekt genau zu dosieren. Diese Schwierigkeit unterscheidet sich wesentlich von den Problemen, die die anderen Anzeigeprinzipien ergeben, und zwar die aktiven (Anzeigen, die als Lichtqueller, wirken, wie z. B. Lampen, Elektrolumineszenzelemente usw.), als auch die passiven Prinzipien (Anzeigen, die auf der Eigen schaft von einigen Körpern beruhen, die ihr Aussehen bei Anlegen eines elektrischen Feldes verändern), bei denen die verbrauchte Leistung an die Anzahl bzw. die Gesamtfläche der erregten Zeichen gebunden ist. Weiterhin sind die bekannten Schallungen für diese anderen Arten von Anzeigen nicht für die Erregung von elektrochromatischen Materialien geeignet, weil die Energie, die sie benötigen, viel zu groß sein würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrooptische Anzeige für elektronische Uhren zu schaffen, die einen sehr niedrigen Leistungsverbrauch aufweist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer elektrooptischen Anzeige der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausitlhrungsbeispielen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung in Form eines Blockschaltbildes, die das Grundprinzip einer elektrochromatischen Anzeige für eine elektronische Uhr zeigt,

F i g. 2 eine Armbanduhr mit einer numerischen Anzeige der Stunden und Minuten,

F i g. 3 eine Erreg^ingsschaltung für eine einzige Anzeigezelle,

F i g. 4 ein Diagramm der Spannungen, des Stromes und des entsprechenden Aussehens bei Erregung einer elektrochromatischen Anzeigezelle,

F i g. S ein Blockschaltbild einer Uhr oder eines Chronometers mit einer elektrochromatischen Anzeige,

Fig. 6 eine Ausführungsform einer numerischen Darstellung der Stunden und Minuten,

Fig. 7 den Frequenzteiler der Uhr nach Fig. 5, Fig. 8 eine erläuternde Darstellung, die die Numerierung der sieben Segmente einer Ziffer zeigt,

Fig. 9 ein Schema, das den Zusammenhang zwischen den angezeigten Ziiffern, den Ausgangsvariablen des Frequenzteilers und den jedem Segment zugeordneten Zustandsgrößen zeigt,

Fig. 10 ein Prinzipschaltbild einer Speicherzelle, Fig. 11 eine Schaltung einer Speicherzelle mit komplementären MOS-Transistoren,

Fig. 12 ein Prinzipschaltbild der Eirregungsschaltung der elektrochromatischen Anzeige,

Fig. 13 eine Erregungsschaltung nach Fig. 12. die komplementäre MOS-Transistoren umfaßt,

Fig. 14 ein Schema zur Darstellung des Programmes der Ausgangsgrößen des Teilers und; der Steuergroßen der Anzeige während einer Minute.

ao In Fig. 1 ist das Prinzipschema einer Uhr mit clektrochromatischer Anzeige dargestellt, wobei das Prinzip der Steuerung einer derartigen Anzeige erläuten ist. Die Uhr umfaßt eine Zeitbasis 1 bekannter Art. Dies kann ein durch ein Quarz, einen Metallas resonator, eine RC-Schaltung, einen Radioempfänger usw. gesteuerter Oszillator sein. Diese Zeitbasis kann einen ersten Frequenzteiler umfassen, um zu einem Signal mit einer Frequenz von beispielsweise 1 Hz zu gelangen. Das Ausgangssignal dieser Zeitbasis steuert einen Frequenzteiler 2 bekannter Art an, der vorzugsweise eine bestimmte Anzahl von Binärstufen urafaßt, die in Reihe geschaltet sind. Bestimmte Ausgange dieses Teilers, die von Zwischenstufen kommen und durch den großen Pfeil 3 symbolisiert sind, sind mit einem Codewandler 4 verbunden, der eine logischc Kombination der von ihm empfangenen Signale durchführt. Dieser Codewandler weist mehrere Ausgänge 5 auf, die das liefern, was im folgenden als Zustandsgrößen bezeichnet werden soll, weil diese Zustandsgrößen den Zustand darstellen, in dem sich die Anzeige zu jedem Zeitpunkt befinden soll. Diese Zustandsgrößen werden in eine Wähleinrichtung 6 eingeführt, die Verstärker umfaßt, deren Ausgänge 7 mit den Elektroden eines Anzeigeelementes 8 verbunden sind. Bei manchen bekannten Vorrichtungen ist diese Wähleinrichtung durch Ausgänge 9 des Frequenzteilers gesteuert, die im allgemeinen von den mit dem Codewandler verbundenen Ausgängen 3 unterschiedlich sind. Diese Wähleinrichtung kanr entsprechend der Systeme unterschiedliche Funktioncii haben, wie z. B. eine Modulation der Dauei der Signale, was eine Intensitätsregelung ermöglicht oder eine Matrizenfunktion, die eine Verringerun| der Anzahl der Verbindungen mit dem Anzeigeele ment ermöglicht. Eine Batterie 10 spteist die Zeit basis, den Frequenzteiler und die Anzeige, indem si( die Energie an alle Elemente liefert, die Energie be nötigen. Dieses System reicht nicht zur Steuerunj einer elektrochromatischen Anzeigevorrichtung aus Eine derartige Vorrichtung benötigt in der Praxis fü jedes Elementarzeichen für den Übergang von einen Zustand zum anderen eine genaue Energiezufuhr, au die eine sehr geringe oder keine Erregungsleistuni folgt, um diesen Zustand bis zum nächsten Übergani aufrechtzuerhalten. Der Grundgedanke der Etfln dung besteht in der Feststellung der Änderungen de Zustandsvariablen durch einen Änderungsdetekto 11. Dieser Detektor liefert über die Verbindungen II

die zusätzliche Information, die es der Wähleinrichtung 6 ermöglicht, die für eine richtige Erregung der Anzeige erforderlichen Impulse zu bilden. Dieser Detektor kann bei bestimmten Ausführungsformen mit der Wähleinrichtung in der gleichen Schaltung kombiniert sein. Bevor die Steuereinrichtungen für eine elektrochromatisch·.; Anzeige ausführlicher beschrieben werden, ist e> erforderlich, kurz die Anzeige selbst sowie ihre Eigenschaften zu beschreiben.

Eine Uhr mit numerischer Anzeige der Stunden und Minuten ist in Fig. 2 dargestellt. Die Elementarzellen sind Segmente, die entsprechend der Erregung zwei unterschiedliche Aussehensformen annehmen können. Ein Segment wie z. B. 20 ist kaum sichtbar, während es sich im hellen Zustand befindet, weil seine Farbe mit der des Hintergrundes 21 übereinstimmt. Ein Segment wie z. B. 22 ist gut sichtbar, weil es eine ausgeprägte Differenz in der Farbe oder der Tönung aufweist. Der Übergang von einem Zustand zum anderen erfolgt graduell, für die Zwecke der numerischen Anzeige brauchen jedoch nur zwei unterschiedliche Zustände berücksichtigt zu werden, die zur Vereinfachung als heller bzw. dunkler Zustand bezeichnet werden. Die Segmente sind in bekannter Weise so angeordnet, daß eine Acht gebildet wird, wenn alle Segmente dunkel sind (23). Durch Kombinationen der hellen oder dunklen Segmente können alle Ziffern von 0 bis 9 sowie bestimmte Buchstaben dargestellt werden. Jede Ziffer mit Ausnahme der »1«, die die Stunden-Zehner anzeigt, weist die typischen Abmessungen von 7x3 mm auf, wobei die Breite der Striche zwischen 0,3 und 0,6 mm liegt. Die Erregung bestimmter Segmente durch elektrische Einrichtungen ermöglicht die Anzeige der Stunde und der Minute zwischen IhO min und 12 h 59 min. Die Darstellung von 0 Uhr ist nicht üblich. Eine Ausdehnung der Da-rstellung bis auf 25 Stunden ist möglich und ergibt keine Schwierigkeiten.

Fig. 3 zeigt eine einfache Erregungsschaltung für eine elektrochromatische Anzeige. Ein Spannungsgenerator 30 liefert bipolare Impulse an eine Anzeigezelle (Segment), die symbolisch bei 31 dargestellt ist, und zwar über einen Serienwiderstand RS 32. Die Spannung am Generator ist t/, und die Spannung an der Anzeige ist L/„. Der gelieferte Strom ist /.

F i g. 4 zeigt das Ergebnis einer typischen Messung, die an der Schaltung nach Fig. 3 durchgeführt wurde. Der Generator legt eine Spannung U₁ an, die sich in aufeinanderfolgenden Schritten ändert. Es ergibt sich ein Strom / durch R_s, der eine Umwandlung der Anzeigeteile hervorruft, die durch eine Änderung des Aussehens und durch eine Änderung der elektrischen Spinnung U₂ begleitet ist. Es werden im wesentlichen vier Phasen unterschieden, die durch die Impulse des Spannungsgenerators bestimmt sind:

1. eine Ruhephase 41, in der sich die Zelle im klaren Zustand für eine unbegrenzte Dauer befindet; während dieser Phase sind die Spannungen und Ströme Null, und die Zelle soll vorzugsweise kurzgeschlossen sein, sie kann jedoch in gleicher Weise mit offenen Anschlüssen verbleiben;

2. eine Einschreibphase 42, die durch die Zuführung einer positiven Spannung durch den Generator hervorgerufen wird, was durch einen Strom begleitet ist. Daraus ergibt sich in der Anzeigezelle ein gradueller Übergang des hellen Aus sehens sowie eine anwachsende Spannung U₂ an den Klemmen der Zelle. Nach einigen Sekunden (hier 2s) ist das endgültige Aussehen erreicht. Das Integral des Stromes stellt die der Zelle gelieferte Ladung Q dar (30 μ C);

3. eine Aufrechterhaltungsphase 43, für die die Bedingungen derart sein müssen, daß das Aussehen der Zelle im wesentlichen konstant bleibt. In manchen Fällen ist ein geringer Aufrechterhaltungsstrom erforderlich, der dadurch erzielt wird, daß eine Spannung U₁ angelegt wird, die sehr wenig über der Spannung U„ liegt, die dem gewünschten Zustand entspricht. Dieser Strom soll einen Kriechstrom im Inneren der Zelle kompensieren. Wenn dieser Strom vernachlässigbar ist, reicht es aus, die Zelle während dieses Phase sich selbst zu überlassen, d. h. mit offenen Anschlußklemmen, um einen Entladungsstrom über die äußere Schaltung zu vermeiden;

4. eine Löschphase 44, die durch Anlegen einer umgekehrten Spannung U₁ hervorgerufen wird, was einen Strom mit entgegengesetztem Vorzeichen einführt. Das Aussehen der Zelle geht von dunkel auf hell über. Diese Phase ist im allgemeinen langsamer (4 s) und erfordert eine größere Ladungszufuhr (40 μ C) als für die Einschreibphase. Eine Energieeinsparung ist jedoch möglich, indem die Löschphase durch eine Periode begonnen wird, in der die Zelle kurzgeschlossen ist, und indem der Zyklus durch Zuführung einer negativen Spannung abgeschlossen wird.

Nachdem an Hand der F i g. 3 und 4 die Betriebsund Anwendungsbedingungen einer Zelle beschrieben wurden, können im folgenden die Schaltungen einer Uhr beschrieben werden, die eine elektrochromatische Anzeige aufweist.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Chronometers oder einer Uhr mit einer numerischen Anzeige der Minuten, der Minuten-Zehner und der Stunden. Eine Zeitbasis 50, die mit einem ersten Frequenzteiler kombiniert ist, liefert Ausgangsimpulse 51 mit einer Frequenz von 1 Hz. Ein durch 60 teilender Teiler 52 teilt die Frequenz der Ausgangsimpulse 51 bis auf ein Signal 53, dessen Periode eine Minute ist. Ein durch 10 teilender Teiler 54 teilt dieses Signal, so daß ein Signal 55 erzielt wird, das eine Periode von 10 Minuten aufweist. Ein durch 6 teilender Teiler 56 teilt dieses Signal derart, daß sich ein Signal 57 mit einer Periode von 1 Stunde ergibt. Dieses Signal steuert schließlich einen letzten, durch 12 teilenden Teiler 58. Die Teiler 54, 56 und 58 weisen jeweils mehrere Ausgänge 59, 60 und 61 auf, die mit Codewandlern 62, 63 und 64 verbunden sind, deren Ausgänge die Zustandsgrößen 65, 66, und 67 sind. Jede Zustandsgröße ist einem Segment zugeordnet und stellt den Zustand dar, in dem sich das Segment befinden soll.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung weicht für die ihren Zustand häufig ändernden Größen wie z. B. die Minuten und die Minuten-Zehner etwas von der für die ihren Zustand seltener ändernden Zustandsgrößen, wie z. B. für die Stunden, ab.

Für die ihren Zustand häufig ändernden Zustandsgrößen ist es wesentlich, den Stromverbrauch zu begrenzen, indem die Einschreib- und Löschvorgänge, die jedesmal eine bedeutende elektrische Ladung ver-

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brauchen, weitgehend verringert werden. In Überein- typische Anzeige. Obwohl vier getrennte Ziffern gestimmung mit den Erregungsbedingungen einer An- geben sind, ist es vorteilhaft, die beiden Ziffern für zeigezelle, wie sie an Hand von Fi g. 4 erläutert wur- die Stundenanzeige zu gruppieren und sie als ein einden, muß die Vorrichtung die Änderungen der Zu- ziges Symbol H zu betrachten, das zwölf unterschiedstandsgrößen feststellen und für jede Art der 5 liehe Erscheinungsformen durchlaufen kann, die in Änderung eine geeignete elektrische Erregung an die der ersten Zeile dargestellt sind. Die Ziffer der Mientsprechende Anzeigezelle anlegen. Die Feststellung nuten-Zehner D kann sechs unterschiedliche Erder Änderungen und die Steuerung jeder Zelle erfolgt scheinungsformen annehmen, die in der zweiten Zeile mit Hilfe der Blöcke M und S. Die M-Blöcke 68 und dargestellt sind. Die Ziffer der Minuten M kann zehn

69 sind Speicherelemente, die die Zustandsgrößen 65 ίο unterschiedliche Erscheinungsformen annehmen, die und 66 vor den Änderungen speichern und die diese· in der dritten Zeile dargestellt sind.

Information nach den Änderungen an den Ausgängen Die Tabelle 1 faßt einige Eigenschaften der

70 und 71 wiedergeben. Eine Steuergröße 88 be- numerischen Anzeige mit sieben Segmenten für die stimmt die Schreib- und Lesephasen dieser Speicher. Stunden, die Minuten-Zehner und die Minuten zu-Die Aufgabe der S-Blöcke bzw. Wähleinrichtungen 15 sammen. Die Anzahl der unterschiedlichen Erschei-72 und 73 besteht darin, die Zustandsgrößen 65 und nungsformen jedes Symbols ergibt sich aus F i g. 6. 66 und die gespeicherten Größen 70 und 71 mit den die gesamte Anzahl der Segmente ergibt sich in glei-Steuergrößen 74 zu kombinieren, deren Funktion die eher Weise aus Fig. 6, indem die Segmente jeder Auslösung der verschiedenen Einschreib-, Aufrecht- Zeile addiert werden.

erhaltungs-, Lösch- oder Ruhephasen ist. Diese 20 Die mittlere Anzahl der dunklen Segmente ergibt

Blöcke S umfassen außerdem Verstärker, die die für sich aus einer Division der Gesamtzahl der Segmente

die Anzeige erforderlichen Spannungen und Ströme durch die Anzahl der Erscheinungsformen. Die Dauer

liefern können. Die Ausgänge 75 und 76 dieser des Zyklus ist das Zeitintervall, das das aufeinander-

Blöcke sind direkt mit den einzelnen Elektroden der folgende Erscheinen der gleichen Ziffer trennt. Bei

elektrochromatischen Anzeige 77 verbunden, und as erneuter Betrachtung der Fig. 6 stellt man fest, daß

zwar mit einer Elektrode pro Segment. der Übergang von einer Ziffer zur folgenden für jedes

Für die ihren Zustand selten ändernden Größen Segment vier Möglichkeiten ergibt:

kann man sich auf eine vereinfachte Organisation be- °

schränken. Es ist zulässig, daß die unnötigen Lösch- 1- Beibehaltung des hellen Zustandes

Tet SS^S?R^eibXTⁿ„⁸w ^das^{dUrCh durchge}i^Ührt T' ^{30 2}· ^Über8^an8 ^{vom hellcn in de}" dunklen Zustand den, daß ζ. B. alle dunklen Segmente gerade vor dem (Einschreiben)

Stundenwechscl gelöscht und alle dunklen Segmente

kurz nach dem Stundenwechsel eingeschrieben wer- ■*· Beibehaltung des dunklen Zustands

den^Diese vereinfachte Organisation macht die Spei- 4. Übergang vom dunklen Zustand in den hellen

cnerfunktion unnötig. Ein Anderungsdctektor ist 35 Zustand (Löschen)

allen Anzeigesegmenten für die Stunden gemeinsam.

Dieser Detektor wird durch eine Kombination der Da eine wesentliche Eigenschart der e'.ektrochro-

Ausgange des Teilers gesteuert, die eine Periode von malischen Anzeige darin besieht, daß bei einer Zu-

einer Stunde haben, und zwar unabhängig von der standsänderung ein Energieverbrauch auftritt, ist es

anzuzeigenden Information und damit der Zustands- 40 wichtig, die Anzahl der Einschreibvorgänge für einen

großen. D.e Zustandsgrößen 67, die der Stunden- vollständigen Zyklus zu kennen. Die Anzahl der Ein-

anzeige entsprechen werden in eine Wähleinrichtung schreibvorgänge ergibt bei Division durch die Anzahl

"S, aSÄ., ,»Ta, zw. B^od.n. Die « r^ÄTS¹ MtA

Ε' ⁹⁰T f^en Segmenten gememsam. S, e kann an Anzeige in Abhängigkeit von dem mittleren Strom I₀. vtrteflhä ^ΒΐΓή h ^1Si^J ΐ und wieder ₅o der erforderlich ist! um ein einziges Segment in dunk

vorteilhaft, sie durch eine Steuereinrichtung CEC81 lern Zustand zu halten (I₀ kann in manchen Fäller fur d,e gemeinsame Elektrode zu steuern. Dies er- Null sein) und in Abhängigkeit von der zum Einmoglicht durch die Einführung einer emzigen Hilfs- schreiben erforderlichen Ifdung ß und der zum

der^ieln^i^rni¹¹⁸ f? ^Stew™8 ■""■ ^ ^™ ^cin * ^einziS^{en Se}S^mente* erforderlichen La-

™^ei7 Elektroden Dies ermöglicht weiter- 55 dung ρ, an. Die Anzahl/V, der Einschreibvorgänge

hin, daß fur das gesamte System nur eine Spe.sespan- während eines Zyklus oder einer Periode ist gleicli

nungsquelle verwendet wird. Diese Steuereinrichtung der Anzahl der Löschvorgänge Der Faktor 60 gibt

81 wd durch geeignete Steuergroßen 82 gesteuert. an, daß die Bezugsperiodendauer 60 see beträgt (Fre-

DiP Steuergroßen 74 und 82 werden durch logische quenz /-1/60Hz) Diese GleirhnnVn\ iVt pin Soe-

Kombinationen der Zwischenausgänge 83, 84 und 85 60 Llfall der Gleichung Π ^GleichunS<²> ^{1St ei}" ^SpC

des Teilers gewonnen wobei diese Kombinationen in Eine erste Art der Erregung der eleklrochroma-

der Steuergroßeneinheit FC86 ausgeführt werden. tischen Anzeige besteht darin, äfle Segmente am Ende

BattäeTT J^SS ^{g ZUmindeSt eine jCdcr Minute ZU löschen und} SegmJnte von neuem

Banene a/gespeist. _zu Beginn der darauffolgenden Minute einzuschrei-

Bevor die Funktion der Uhr oder des Cnronome- 6₅ ben. In diesem Fall -reibt sich eine meiere An-Τϊ ^' I ⁵,!^m _p ^einZ/^{lnen behandelt w}"den, ist zahl /V₁ von Einschreibvorgängen die d^rm tieren

AnSTiS« »^FÄK ?ig. 6^nUz^meS^SCeinⁿe ^* «* ^d"^nkl™ ~ « *

₁₄._S7.

11 ~ 12

Tabelle 1 Eigenschaften der numerischen Anzeige der Stunden und Minuten mit 7-Segment-Ziffern

Symbol

Stunden

Minuten-Zehner

Minuten

Anzahl der unterschiedlichen Erscheinungsformen

Gesamtzahl der Segmente

Mittlere Anzahl der dunklen Segmente

Periodendauer

Anzahl der Einschreibvorgänge pro Periode

Mittlere Anzahl der Einschreibvorgänge

Anzahl der Einschreibvorgänge pro Minute

12

62
5,17

12 h

22 (62)
1,83(5,17)
0,03 (0,09)

27
4,50
1 h

10
1,67
0,17

10
49

4,90
10 min
15

1,5

1,5

Gesamtzahl der dunklen Segmente

N_s = 5,17 + 4,50 + 4,90 = 14,57.

Gesamtzahl der Einschreibvorgänge pro Minute

a) Minimum

N₁ = 0,03 + 0,17 + 1,5 = 1,70,

b) bei vollständigem Löschen der Ziffer der Stunden bei jedem Wechsel:

N₁ = 0,09 + 0,17; 1,5 = 1,76.

Mittlerer Stromverbrauch für die elektrochromatische Anzeige

7 = N_xI₀ + N₁(Q₁ + ΟΛ/60 (2)

Eine zweite Art der Erregung der elektrochromatischen Anzeige besteht darin, ein vollständiges Symbol oder Zeichen am Ende der Periode, während der es sich nicht ändert, zu löschen und das neue Symbol oder Zeichen zu Beginn des darauffolgenden Zyklus einzuschreiben. Dies führt im Mittelwert zu einem Einschreiben von 4,9 Segmenten pro Minute plus 4,5 Segmenten alle 10 Minuten plus 5,17 Segmenten alle 60 Minuten. Die mittlere Anzahl der Einschreibvorgänge pro Minute ist damit:

60

Eine dritte Art der Erregung der elektrochromatischen Anzeige besteht darin, lediglich dann eine Betätigung vorzunehmen, wenn eine Änderung der Ziffer auftritt, wie beim zweiten Verfahren, jedoch in dem alle Segmente am Ende der Periode eingeschrieben werden und dann gelöscht werden, die zu Beginn der folgenden Periode überflüssig sind. Dies führt zum Einschreiben und Löschen einer mittleren Anzahl von Segmenten, die wesentlich geringer ist als bei der zweiten Art, und diese Anzahl ist für eine Anzeige mit sieben Segmenten des Siebener-Komplement der mittleren Anzahl der dunklen Segmente. Die Zeitanzeige besteht bei diesem Verfahren im Einschreiben von im Mittel 2,1 Segmenten pro Minute plus 2,5 Segmenten alle 10 Minuten plus 1,83 Segmenten alle 60 Minuten. Die mittlere Anzahl der Einschreibvorgänge pro Minute ist damit:

,V₁₃ = 2,1 + ²'⁵ + ^U3 ,= 2,38.
³ 10 60

Eine vierte Art der Erregung der elektrochromatischen Anzeige besteht darin, nur Einschreib· unc Löschvorgänge bei den Segmenten durchzuführen

ao die eine Änderung erfordern. Indem man systematisch bei allen Ziffern so vorgeht, gelangt man zui Anzahl, die in der Tabelle 1 berechnet wurde JV₁₄ =1,70.

Man kann für jede Ziffer eine Erregung nach einei

as dieser vier Arten wählen. Es ist jedoch möglich, je nach Ziffer unterschiedliche Arten oder Verfahrer zu wählen. Beispielsweise zeigt die Tabelle 1 eine Variante an, die darin besteht, die Minuten und die Minuten-Zehner nach der vierten Art zu erregen, was zu einer minimalen Anzahl von Änderungen führt während die Ziffern für die Stunden gemäß der zweiten Art erregt werden, indem sie jede Stunde vollständig einmal gelöscht und erneut eingeschrieber werden. Damit kommt man für die gesamte Anzeige zu einer mittleren Anzahl von N₁-₅ = 1,76 Einschreibvorgängen.

Die Wahl der Art oder des Verfahrens hängt vor Erwägungen in bezug auf die Eigenschaften der Anzeige, die Grenze des zulässigen Verbrauchs und die Kompliziertheit der Schaltungen ab.

Als zahlenmäßiges Beispiel erfordert die elektro chromatische Anzeige, deren Eigenschaften der F i g. ^l entsprechen, eine Ladung von 70 //C pro Segmen

Tabelle 2

Mittlerer Verbrauch bei den verschiedenen Arten
der Erregung

50 Λ rl der	1	2	3	4	5
Ei 1egung
Mittlere An
zahl der
55 Ein
schreib
vorgänge
N,-	14,57	5,44	2,38	1,70	1,76
6o Statischer
Verbrauch
in μΑ ....	1,46	1,46	1,46	1,46	1,46
Dynamischer
Verbrauch
65 in μΑ ....	17,0	6,35	2,78	1,99	2,06
Gesamt
verbrauch
in μΑ ....	18,5	7,81	4,24	3,45	3,52

"tispsssÄ*. bd *r *r »

verfügbare Strom nicht 4 ,A BberschraMO

¹⁵

Minuten-Zehner die Art Nr. 4 y^.Y,w*

Die folgenden Figuren zeigen im einzelnen die Schaltungen der Uhr oder des Chronometers, dessen Blockschaltbild F i g. 5 zeigt.

F i g. 7 zeigt einen Frequenzteiler, der ausgehend von einem Bezugssignal mit 1 Hz eine Reihe von Signalen liefert, die den Zwischenausgangen A₀, B₀... D₀ entsprechen. Dieser Teiler umfaßt in Reihe geschaltete Binärstufen oder Flip-Flop-Schaltungen 90 ao von bekannter Art, die jeweils einen Eingang T, einen Eingang R und einen Ausgang Q aufweisen. Das Λ ändert sich jedesmal dann, wenn das

«•«.•..I ut n»c Aiiconnessienal

1 »5 Kombination dieser vier Stufen und der logischen Finheit w rd somit von 16 auf 15 gebracht, und die F nhe t der vier Stufen teilt durch 60. In gleicher Weise teilt die Gruppe der folgenden vier Binärstu- TL _die vier Zwischenausgange A₁, B₁, C₁, D₁ durch 0 und zwar aufgrund der Verbindung der Aus-'5' „ _B c und D₁ mit einer logischen Einheit 92, Sie binäVe Kombination erkennt, die der Zahl 5 «.!«wicht und die die entsprechenden Stufen auf Null T ÜktelHDie Gruppe der darauffolgenden drei Sen die drei Zwischenausgänge A₂, B₂, C, teilt aufgrund der Verbindungen der Ansd C it einer loggen Einheit 93 die

gem. 1-»C1 IHM uuiiuw.. ■ ~

wie z.B. 91, die bestimmte Ausgange der.—»---- fen kombinieren und ein Rückstellsigna1 wie 2-B K„ liefern, wenn eine bestimmte Kombination der Zw. schenausgänge erreicht ist. Die Dezimalziffer de die ser Kombination entspricht, ist über jeder logischen Einheit angegeben. Auf diese Weise werden die ge wTschten^rioden für die Ausgangss.gnale erzielt Beispielsweise ist an F₀ ein Signal erwünscht, dessen Periode 1 Minute sein soll. Der Teiler weist sechs Binärstufen auf, die normalerweise durch 64_ teilen Von sechs zur Verfügung stehenden Zwischenaus * τ* r> J)_n £_m p_a sind vier, namiicn L₀,

verbunden, ^tS^nn^log^nenE^eit^d,

SsJ durchs Schließlich teilt die Gruppe der ™er letzten Binärstufen, die vier Zwschenausgange Γ RCO aufweisen, aufgrund der Verbindung i~ Amränee C D, mit einer Iogischen Einheit 94. d£Ä£h?3 entsprechende Stufen auf Null zu-•· vctMit Hnrch 12 Der Teiler liefert somit an f„ ein SgnÄeSi Periode von einer Minute an D₁ ein S Ina mit einer Periode von zehn Minuten, an C₂ ■n ««nal mit einer Periode von einer Stunde und an ^eD ÄS dessen Periode zwölf Stunden sind. ^D:1dT cSwandlereinheiten CC 62, 63 und 64 nach FiV 5 sind Kombinationen von logischen Gattern A Hirekt ausgehend von den Ausgangen 59, 60 und 61dt TeSdie Zustandsgrößen F 65 66 undI 67 WIHmT die den Iogischen Zustand darstellen, in dem ÄeiAnzeigLgment befinden soll. Fig. 8 definiert den Zusammenhang zwischen den Anzeigesegmenten und den Zustandsgrößen F Fig. 9 zeigt η Abhängigkeit von jeder anzuzeigenden Zifter den Zustand 'dir durch Striche dargestelU ist^ die den Wert 1 symbolisieren) der Ausgange/f ß C D des Te.-weri sy _j _ _v,„_ta„Hc_nrnRen F. Die logischen Glei-

der Größen/4 BCD in

beispielsweise). Die Ta-

Tabelle

Ausgangsgrößen des Teilers

Anzeige

Zählung

Ausgangsgröße

Zustandsgröße

ΒΤΌ Ή+ZC

B + D + AT + AC D + AB +A~B +AT C + D +AB +A~E D + ÄT + A~B + BC D + BC +~ÄB +FC

ABC

B+ AC + AT

B+~Ä

C +AB +A~B B +AT + AC = F₃

B + C

~ÄB + BTD + BD +ΆΌ

D +~ÄC + AB~

ABV + ACB + BD + AT + ~Äl

BD +A~B + AT + ABU

C+ BD +'AD+ABV

BD +~ÄC +ΆΒ + ABC + BCl

ABC + BD+ ZC + AU + BU

BD +ABCD

Die Speicher 68 und 69 nach F i g. 5 können mit Hilfe einer Schaltung ausgeführt werden, die zwei Ir.-verter und einen elektronischen Umschalter umfaßt. Fig. 10 zeigt das Prinzip einer derartigen Speicherzelle. Eine Zustandsgröße F wird über einen Schalter 100 an den Eingang eines Inverters 101 geführt. Der Ausgang dieses Inverters ist mit dem Eingang eines zweiten Inverters 102 verbunden, dem er die Größe? liefert. Der Ausgang des zweiten Inverters ist mit di anderen Klemme des Schalters 100 verbunden ur 65 liefert die Größe M. Eine Steuergröße K₁ bestimr die Stellung des elektronischen Umschalters derai daß für K₁ — 1, G = F ist und für K₁ =0, G = j ist. In der Stellung K₁ = 1 beeinflußt die Zustand

/ο

größe F den Zustand der beiden Inverter derart, daß F = M ist. In der Stellung K₁ — 0 sind die beiden Inverter miteinander in Schleife geschaltet, was ein bistabiles System ergibt und somit ein Speicherelement, das zeitlich unbegrenzt den Wert beibehält, den F zum Zeitpunkt des Überganges von K₁ = 0 auf K₁ = 1 hatte.

Bisher wurde die zur Ausführung der vorher beschriebenen Funktionen zu verwendende Technologie nicht erwähnt. Die Technologie der integrierten Schaltungen mit komplementären Metalloxyd-Halbleitertransistoren (MOS-Transistoren) ist für die Bedingungen, die sich bei einer Armbanduhr ergeben, gut geeignet, und sie soll daher zur Erläuterung der Ausführung einiger bestimmter Funktionen dienen. Eine Speicherzelle nach dem Prinzip der Fig. 10, die 8 MOS-Transistoren umfaßt, ist in F i g. 11 dargestellt. Vier Transistoren 121, 122, 123, 124 sind n-Kanal-Transistoren und vier Transistoren 125,126, 127 und 128 sind p-Kanal-Transistoren. Die Transistoren 122 und 126 bilden den ersten Inverter, und die Transistoren 123 und 127 den zweiten Inverter. Der elektronische Umschalter umfaßt zwei Übertragungsgatter. Ein Ubertragungsgatter besteht aus einem η-MOS-Transistor und einem p-MOS-Transistor, deren miteinander verbundene Kathoden den Eingang und deren miteinander verbundene Anoden den Ausgang bilden und deren Gatt-Elektroden jeweils mit einer Steuergröße und deren Komplement verbunden sind. Es sei darauf hingewiesen, daß an Stelle der Begriffe Kathode, Anode und Gatt-Elektrode auch die Begriffe Quelle, Senke und Steuerelektrode sowie die englischen Bezeichnungen Source, Drain und Gate verwendet werden, die alle gleichbedeutend sind. Das erste durch die MOS-Transistoren 121 und 123 gebildete Übertragungsgatter verbindet die Eingangsgröße F mit dem Eingang G des ersten Inverters, wenn die Steuergröße K₁ = 1 und ihr Komplement X₁ = 0 ist. Das zweite durch die MOS-Transistoren 124 und 128 gebildete Übertragungsgatter verbindet den Ausgang M des zweiten Inverters mit dem Eingang G des ersten Inverters, wenn K₁ = 0 und X₁= I ist. Diese Schaltung liefert somit die Größe M und ihr Komplement M, die die an sie gestellten Bedingungen erfüllt.

Die Blöcke S, VC und CEC nach F i g. 5 sind entsprechend den Erregungsbedingungen der Anzeigezellen zu bestimmen. Es ist damit zweckmäßig, die Einrichtungen zur Erregung zu erläutern, bevor die übrigen Funktionseinheiten beschrieben werden. In Fig. 12 sind drei Anzeigezellen 1110, 111, 112 dargestellt, die jeweils getrennte Steuerelektroden 113, 114 bzw. 115 und eine gemeinsame Elektrode 116 aufweisen. Eine erste Möglichkeit zur Steuerung jeder Zelle besteht darin, die gemeinsame Elektrode mit Masse und jede getrennte Elektrode über einen Serienwiderstand und Schalter mit einer oder mehreren positiven Spannungsquellen und einer net *iven

ίο Spannungsquelle zu verbinden. Der Vorteil ^ses Schemas besteht in der Möglichkeit der gleichzeitigen Steuerung des Einschreibvorganges einiger Zellen und des; Löschvorganges anderer Zellen. Fig. 12 zeigt ein anderes Schema, dessen Hauptvorteil in der Ver-

wendung einer einzigen Spannungsquelle + U_B für die Einschreib- und Löschvorgänge besteht. Eine Hilfsspannungsquelle + U_M ist nur erforderlich, wenn eine Aufrechterhaltungsspannung erforderlich ist. Diese Spannungsquelle wird nur mit einem sehr kleinen Strom belastet und kann ausgehend von + U_B mit Hilfe einer Spannungsregelschaltung gewonnen werden (U_M liegt zwischen 0 und U_B). Das dargestellte Schaltbild zeigt, daß jede getrennte Elektrode, wie z. B. 113, zum Einschreiben über einen mit der Klemme + V_a der Spannungsquelle verbundenen ersten Schalter, wie z. B. T₁₁, in Reihe mit einem Widerstand ß, und zum Löschen über einen zweiten, mit Masse verbundenen Schalter, wie :i. B. T₁, _v in Reihe mit einem Widerstand R_F erregt v/ird.

Die gemeinsame Elektrode ist ihrerseits mit drei Schaltern T_A, T_M und T_B verbunden, die diese Elektrode jeweils mit + U_B, mit + U_M oder mit Masse verbinden.

Jede Zelle ka.m fünf unterschiedlichen Betriebszuständen ausgesetzt werden, und zwar je nach der Kombination der geöffneten oder geschlossenen Schalter. Unter der Annahme, daß eine jedem Schalter zugeordnete Übertragungsgröße T bei geöffnetem Schalter 0 und bei geschlossenem Schalter 1 ist, stellt die Tabelle 4 die fünf angestrebten Betriebszustände dar. In der dritten Spalte ist die Spannung an den Klemmen der Zelle durch +1 während des Einschreibens, +'/2 während des Aufrechterhaltens, — 1 während des Löschens und 0 während des Kurz-Schlusses symbolisiert. Ein X in einer beliebigen Spalte zeigt an, daß verschiedene Möglichkeiten bestehen (Gleichgültigkeit). Die fünf rechten Spalten zeigen die für jeden Schalter erforderlichen Stellungen an.

Tabelle 4
Erregung einer Anzeigezelle nach Fig. 12

Symbol	Funktion	'/2	TA	TB	1	T,	0
M	Aufrechterhalten	0	0	0	0	1	1
cc	Kurzschluß	1	0	1	0	0	1
E	Löschen	+ 1	1	0	0	0	0
/	Einschreiben	X	0	1	X	1	0
0	Leerlauf	X	X	0

F i g. 13 zeigt die Erregungsschaltung für Anzeige- 65 110, ist mit der Anoden-Elektrode eines p-Kanalzellen, die mit MOS-Transistoren ausgeführt ist. Wie MOS-Transistors 130, der durch das Komplement in Fig. 12 sind drei Zellen 1110, 111, 1.12 dargestellt. T₁₁ der Größe T₁₁ gesteuert wird, und dessen Ka-Di; getrennte Elektrode 113 einer Zelle, wie z. B. thode an der Spannung +U_B liegt, und mit der

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Anodenelektrode eines n-Kanal-MOS-Transistors 131 verbunden, der durch die Größe T_El gesteuert ist und dessec Kathode mit Masse verbunden ist. Die Funktion jedes der Transistoren ist gleichzeitig die des Schalters und des Serienwiderstandes, die in Fig. 12 dargestellt sind. Ein Transistorpaar steuert die getrennte Elektrode jeder der Zellen. Die Steuerschaltung der gemeinsamen Elektrode 116 (unten in der Figur) kombiniert die logischen und analogen Funktionen. Die logischen Funktionen sind die Steuerung der Umschaltfunktionen über die Variablen T_A, T₀ und T_M, die gleiche Wirkung auf die gemeinsame Elektrode 116 haben, wie die drei Schalter nach Fig. 12. Die analogen Funktionen sind die eines Spannungsreglers, der eine Spannung V_B-U_M liefert, wenn es erwünscht ist, daß eine Spannung U_M an die Anzeigezellen angelegt wird. Der p-Kanal-MOS-Transistor 132 hat die Aufgabe eines einfachen Unterbrechers. Dieser Transistor ist gesperrt, wenn T λ = 1 (Ja = 0) ist und er leitet, wenn T₄ = 0 (T _A = 1) ist. In diesem Zustand muß sein Widerstand ausreichend gering sein, damit der durch ihn hervorgerufene Spannungsabfall selbst bei dem maximal vorgesehenen Strom vernachlässigbar ist. Dern-Kanal-MOS-Transistor 133 kann drei unterschiedliche Funktionen entsprechend dem Zustand der beiden Steuergrößen T_B und T_M haben. Wenn T_A, = 1 (T_M = 0) ist, wird der Widerstand 134 von keinem Strom durchlaufen, und die Vorgänge sind derart, als ob der MOS-Transistor direkt durch die Größe T_B gesteuert würde. Daraus folgt, daß der MOS-Transistor gesperrt ist, wenn T₀ = 0 ist, und daß er leitet, wenn T_B = 1 ist. Die an den MOS-Transistor 133 gestellte Bedingung ist die gleiche wie für den MOS-Transistor 132 insoweit als der Spannungsabfall selbst für den größten vorgesehenen Strom vernachlässigbar sein soll. Schließlich wirkt für T₀ = 0 und T_M = 0 (T_M= 1) der MOS-Transistor 133 irn Bereich einer mittleren Leitfähigkeit und als Serienregler. Seine Gatt-Elektrode 135 wird durch eine Regelschaltung gesteuert, die durch die MOS-Transistoren 136, 137 und die zugeordneten Widerstände gebildet ist, und zwar derart, daß das Potential der gemeinsamen Elektrode 116 auf dem gewünschten Wert liegt. Die Funktion des MOS-Transistors 138 besteht in der Steuerung des Inbetriebsetzens der Regelschaltung, indem sie ermöglicht, daß sich ein Strom durch den Widerstand 139 ausbildet. Dieser Widerstand ist praktisch mit der Klemme +U_lt verbunden, wenn T_M = ü ist. Diese Aufgabe des durch die Widerstände 140 und 141 gebildeten Spannungsteilers besteht in der Verringerung der Spannung der Elektrode 116 auf einen Wert, der im Bereich des linearen Betriebsbereiches der Regelschaltung liegt. Die Aufgabe des durch die Widerstände 142 und 143 gebildeten Spannungsteilers besteht in der Ausbildung einer Bezugsspannung, die gleich der no/ninalen Spannung des Punktes 144 ist, wobei diese Spannung über ein festes Verhältnis auf die Spannung der Elektrode 116 bezogen ist.

Nachdem die Bedingungen bekannt sind, die die Steuergrößen erfüllen müssen, kann der Teil der Einheit S nach F i g. 5 beschrieben werden, der nicht in der Schaltung nach den Fig. 12 oder 13 eingeschlossen ist. Diese Einheiten kombinieren die Steuergrößen K mit den Zustandsgrößen F und den gespeicherten Zustandsgrößen derart, daß die Anzeige richtig erregt wird. Die Steuergrößen sind Größen, die während bestimmter Vorgänge den Wert 1 und während der übrigen Vorgänge den WertO annehmen. Die Steuergrößen sind in der Tabell 5 definiert.

Tabelle 5
Definition der Steuergrößen

K Beibehalten der Ziffern der Minuten und ¹ Minuten-Zehner sowie Steuerung der Speicher

K, Kurzschluß und Einschreiben aller Ziffern
K Löschen der Ziffern der Minuten und Minuten-Zehner

K Einschreiben der Ziffern der Minuten und ⁴ Minuten-Zehner

K₅ Löschen der Ziffern der Stunden

K Einschreiben und Beibehalten der Ziffern der

Stunden
K allgemeine Steuerung der Änderung der Stunde

Die logischen Gleichungen, die die Größen F und M die für jedes Segment individuell sind, mit den Größen K, die für das gesamte System gemeinsam sind, kombinieren, ergeben die Übertragungsgrößen T die die Steuerung der Anzeige bestimmen, d h der oberen Schalter nach Fig. 12 oder der oberen Transistoren nach Fig. 13. Diese logischen Gleichungen sind von zwei Arten.

Wenn man gleichzeitig über eine Zustandsgroße F und eine gespeicherte Größe M verfügt, so sind die Gleichungen der entsprechenden Übertragungsgrößen folgende:

Einschreiben: T_im = F_1n (K₁ + M_n, K₄)

Löschen:

h„,

= F_m + K₂(M_n,+ Κ._λ) (3)

Diese Gleichungen vereinigen auf logischem Wege die Funktion des Änderungsdetektor-j mit den Steuerfunktionen, die den Zeitpunkt und die Dauer der Perioden des Einschreiben (K₄ und K₂) und des Loschens (K₁) sowie der Aufrechterhaltung (K₁) und des Kurzschließer (K.,) bestimmen. Diese Gleichungen finden Anwendung auf die Funktion, die üie Anzeige der Minuten und der Minuten-Zehner in dem Schaltbild nach F i g. 5 (Einheiten 72 und 73) steuern und stellen die Art der Erregung einer elektrochromatischen Anzeige mit einem minimalen Stromverbrauch

Wenn man nicht über die gespeicherten Variablen verfügt, können die Vorgänge des Löschens und Einschreibens in richtiger Weise ablaufen, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

1. Steuerung der Perioden der Aufrechterhaltung und des Kurzschlusses auf der Basis der Zustandsgrößen F kombiniert mit Hilfs-Steuergrößen K₀ und K„.

2. Steuerung eines Löschvorganges auf der Basis der Zustandsgrößen F, kombiniert mit einer Steuergröße K₅, die genau vor einer möglichen Änderung von F zugeführt wird. Nun empfangen nur die dunklen Segmente einen Löschstrom.

3. Steuerung eines Einschreibvorganges auf der Basis der Zustandsgrößen F kombiniert mit

einer Steuergröße Κ_β, die die gleiche sein kann, wie die, die den Aufrechterhaltungsvorgang steuert.

Tatsächlich kann der Unterschied in der an ein Segment während eines Einschreibvorganges und eines Aufrechterhaltungsvorganges angelegten Spannung entweder auf der Seite der getrennten Elektrode jedes Segmentes oder auf der Seite der gemeinsamer. Elektrode erreicht werden. Es wurde diese zweite Möglichkeit gewählt, die eine Vereinfachung der erforderlichen logischen Vorgänge zur Steuerung der einzelnen Elektroden ermöglicht.

Diese Vorgänge lassen sich durch die folgenden Gleichungen ausdrücken:

'lh ⁼ ' h^ii

T,,,= 'F₁₁K₂ +F₁₁K₁. (4)

Diese Gleichungen finden Anwendung auf Funktionen, die die Anzeige der Stunden in dem Schaltbild nach F i g. 5 (Einheit 78) steuern. Sie stellen eine Ausführungsform der Erregung der Anzeigezellen mit vollständiger Löschung (hier der Stunden) bei jeder Änderung dar.

Die Erregung der gemeinsamen Elektrode erfordert die Bestimmung von drei Übertragungsgrößen T_A, T₁₁ und r_M (s. Tabelle4 sowie die Fig. 12 und 13). Diese Größen müssen mit den Steuergrößen K synchronisiert sein, die in den Gleichungen (3) und (4) auftreten. Sie werden wie folgt bestimmt:

Ta = K₃ +

Tb = K₂ Tu = K,

Es muß noch die Folge der Phasen des Einschreibens, des Aufrechterhaltens, des Löschens, des Kurzschließens oder des Leerlaufs (offene Schaltung) festgelegt werden. Diese Phasen müssen den Zyklus von

»ο einer Minute für die Anzeige der Minuten und der Minuten-Zehner sowie den Zyklus von einer Stunde für die Anzeige der Stunde berücksichtigen. Die Größen K₁, K₂, Κ_Ά und K₄ haben einen Zyklus von einer Minute, verteilt auf mehrere Phasen, während deren die Größen abwechselnd die Werte 0 und 1 annehmen können, mit einer einzigen Ausnahme, die K._z betrifft. Die Größen K₅, K_e und K₁ haben einen Zyklus oder eine Periode von einer Stunde. Die Größe K₇ hat den Wert 1 zum Zeitpunkt einer Ände-

ao rung der Stunde oder genauer zwischen der Mitte der 59. Minute und der Mitte der 60. Minute. Die Größen K. und K₆ sind mit den Größen A₁ bis K₄ synchronisiert und treten weiterhin nur dann auf, wenn K₇ den Wert 1 hat. Die Ausnahme bezüglich

»5 K₂ besteht darin, daß die eine der Kurzschlußphasen am Ende der 59. Minute unterdrückt ist, um einen Löschvorgang zu ermöglichen. Die Tabelle 6 zeigt die Folge der Steuergrößen, die bei einer vorhandenen elektrochromatischen Anzeige bestimmt wurde. Die beiden letzten Zeilen der Tabelle geben die Dauer der Phasen und die Zeitpunkte an, die dem Übergang von einer Phase zur folgenden entsprechen.

Tabelle 6

Folge der Steuergrößen während einer beliebigen Minute

(in Klammern sind die modifizierten Folgen am Ende der 59. Minute

und zu Beginn der 60. Minute dargestellt)

Phase Nr.	M CC E I	K1 K1 ΚΛ κ,	Vorgänge bei den Ziffern der Stunden	beliebige Minute (59. Minute) (60. Minute)	Kn	1	2	3	2	4	5	6	7	0 (1) 0	8	8
Vorgänge bei den Ziffern für die Minuten J und Minuten-Zehner \	Steuergrößen ί I E Stunden \ \ I	K7	cc	E	I+ CC	cc	M	CC	M	CC (0)
Steuergrößen Minuten und Minuten- Zehner	Allgemeine Steuerung Stunden	Phasendauer (Sekunden)	0 1 0 0	0 0 1 0	0 1 0 1	0 1 0 0	1 0 0 0	0 1 0 0	1 0 0 0	0 1(0) 0 0
cc	0	CC(I)	cc	M	cc	M	CC (E)
0 0	0 0	0 0(1)	0 0	0 1	0 0	0 1	0(1) 0
		0 0 (1)
2	8	4	8		12
16

Zeitmaßstab (Sekunden) O 2 10 12 16

24 I 40 48 60 32 60

Die Wahl der Phasen wurde durch die folgenden Erwägungen bestimmt

Phase 1

Der Beginn jeder Minute beginnt mit einem Kurzschluß, der an alle Segmente angelegt wird, die hell bleiben oder werden müssen. Dieser Kurzschluß leitet das Löschen der Zellen ein, die vom dunklen in den hellen Zustand überführt werden müssen und verringert die Ladung, die die Batterie für das Löschen liefern muß.

Phase 2

Das Löschen der Minuten-Segmente muß nach der Änderung der Zustandsgrößen erfolgen, da die Steuerlogik die alten Größen (M) sowie die neuen

Größen (F) gemäß der Steuergleichungen (4) benötigt.

Phase 3

Das Einschreiben der Segmente der Minuten und Stunden kann gleichzeitig erfolgen, und zwar nach den Änderungen der Zustandsgrößen. Das Einschreiben der neuen Segmente wurde hinter das Löschen der alten Segmente derart gelegt, daß die auf der Anzeige sichtbaren übergehenden Symbole nicht den Ziffern entsprechen, die sich sowohl von der alten als auch von der neuen anzuzeigenden Ziffer unterscheiden würden. Beispielsweise ist aus F i g. 6 zu erkennen, daß der Übergang von einer 3 zu einer 4 eine 9 ergibt, wenn mit dem Einschreiben des neuen Segmentes begonnen wird, während sich ein Zeichen oder Symbol ohne Bedeutung ergibt, wenn mit dem Löschen der alten Segmente begonnen wird.

Phasen 4 und 6

Der Kurzschluß der hellen Segmente schließt den Löschvorgang ab und stellt die Beibehaltung dieses Zustandes sicher.

Phase 5 und 7

Aufrechterhaltung der dunklen Segmente durch Anlegen der Aufrechterhaltungsspannung mit angenähert gleichen Intervallen. Dieser Aufrechterhaltungsvorgang ist erfoderlich, wenn der dunkle Zustand mit einem inneien Leckstrom in den Anzeigezellen verbunden ist, wodurch sich ein sehr langsames Löschen ergibt. Wenn dieser Strom vernachlässigbar ist, d. h., wenn der dunkle Zustand während einer Periode aufrechterhalten wird, die größer als der Einschreibzyklus ist, so ist der Aufrechterhaltungsvorgang unnötig. Es reicht in diesem Fall aus, wenn die entsprechenden Zellen im Leerlauf betrieben werden.

Phase 8

Allgemeiner Kurzschluß mit Ausnahme am Ende der 59. Minute, bei der vor der Änderung der Stunden das Löschen aller dunklen Segmente des Stundensymbols durchgeführt wird.

Fig. 14 zeigt die Änderung der Ausgangsgrößen E₀, F₀ und der Steuergrößen

des Teilers B_n

C₀, D₀

X₁ bis X₇ während einer Minute in Abhängigkeit von der Zeit. Eine logische Kombination der Ausgangsgrößen des Teilers ermöglicht die Gewinnung jeder der Steuergrößen. Diese logische Kombination hängt von der für jede Phase gewählten Dauer ab. Die Wahl der Perioden ist in den Fällen, in denen die Dauer eine sekundäre Rolle spielt (Aufrechterhaltungs- und Kurzschlußphasen) einerseits durch die Notwendigkeiten der Anzeige und andererseits durch die Wahl einer möglichst vereinfachten Kombination der Ausgangsgrößen des Teilers bestimmt. Die logischen Kombinationen, die Fig. 14 entsprechen, sind folgende:

X₁ = O₀E₀T_n + D₀TZ₀F₀

Ύ/ TT Tr ρ

*3 = ^₀F₀ [7J₀(B₀ + C₀) -I- -B₀U₀D₀]
X₄ = B₀C₀D₀E₀F₀

X„ = X₁ + X₄ K,

Die Größen X₁, K₃ und X₄ sind durch die Ausgangsgrößen des Teilers bestimmt, die oben in Fig. 14 dargestellt sind. Die Größe X. wird durch die Ausgangsgrößen des Teilers bestimmt, deren Periode langsamer ist (bis zu einer Stunde) und die in F i g. 7 definiert sind. Die Größen X₂, X₅ und X_e sind logische Kombinationen der übrigen"X-Größen.

In der vorstehenden Beschreibung sind die logischen Kombinationsschaltungen nicht erwähnt, die

den Systemen der Gleichungen (1) bis (6) gehorchen. Die Verfahren, die die Übertragung der logischen Gleichungen auf ein logisches Schaltbild mit UND-, ODER-, NOR-Gattern usw. ermöglichen, sind bekannt. Die Verfahren zur Ausführung der logischen

Funktionen mit Hilfe von komplementären MOS-Transistoren sind in gleicher Weise bekannt. Es ist daher überflüssig, die Kombinationsschaltungen des beschriebenen Systems insoweit darzustellen, als sie nicht zum neuen Konzept beitragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Elektrooptische Anzeige für eine elektronische Uhr, die durch mindestens eine Spannungsquelle gespeist ist und eine Zeitbasis und einen Frequenzteiler umfaßt, bei der die elektrooptische Anzeige durch elektrochromatische Materialien enthaltende Zellen gebildet ist, die zwei unterschiedliche Aussehensformen annehmen können und die durch einen Codewandler gesteuert, sind, dessen Ausgänge die Zustandsgrößen liefern, die jeweils dem Aussehen entsprechen, das eine entsprechende Anzeigezelle aufweisen soll, wobei die eine Aussehensform einer Zelle einem stabilen Zustand und die andere dieser Aussehensformen einem quasi-stabilen Zustand entspricht, der zur Aufrechterhaltung einen sehr geringen oder keinen Energieaufwand erfordert, während die Übergänge von einem Zustand zum anderen eine genau fest- ao gelegte Energiezufuhr erfordern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Änderungsdetektor (11) einer Wähleinrichtung (6) Informationen zum Auslösen der Einschreib- und Löschvorgänge der Anzeigezellen (8) liefert und daß die Wähleinrichtung (6) die der Anzeige (8) zugeführte Energiemenge dosiert, derart, daß der Zusammenhang zwischen den von dem Codewandler (4) gelieferten Zustandsgrößen und dem Aussehen der entsprechenden Anzeigezellen sichergestellt ist.

2. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1, bei der jede Zelle zwei Elektroden umfaßt, von denen zumindest eine für jede Zelle getrennt ist und die andere mehreren Zellen gemeinsam ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode (116) ein veränderliches Potential aufweist, das durch Steuergrößen (T_A, T_M, T_B) steuerbar ist, daß nur eine Spannungsquelle vorgesehen ist und daß die Erregung jeder Zelle durch die Kombination der Verbindungen seiner getrennten Elektrode und der gemeinsamen Elektrode mit den Klemmen der Spannungsquelle bestimmt ist.

3. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsdetektor (6) durch Ausgangsgrößen des Frequenzteilers (2) gespeist ist, die in ihm derart kombiniert werden, daß die Steuergrößen geliefert werden, die die Einschreib- und Löschphasen bestimmen, wobei eine Gruppe der Steuergrößen einer Gruppe von Zellen derart entspricht, daß die Periode der Phasen der Steuergrößen mit der Periode zusammenfällt, die für die Änderungen der Aussehensform in dieser Gruppe bestimmt ist.

4. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 3, bei der die Wähleinrichtung jeder Zelle einen Stromimpuls in einer ersten Richtung, damit diese Zelle von einem sogenannten hellen Zustand in einen anderen sogenannten dunklen Zustand übergeht und einen Impuls mit umgekehrter Richtung derart zuführt, daß die Zelle vom dunklen Zustand in den hellen Zustand zurückkehrt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuergröße das Löschen der dunklen Zellen einer Gruppe hervorruft, kurz bevor der Codewandler eine Änderung der Zu-Standsgrößen anzeigt und daß eine andere Steuergröße das Einschreiben der neuen dunklen Zellen dieser Gruppe kurz nach der Änderung hervorruft.

5. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuergröße das Einschreiben der hellen Zellen einer Gruppe etwas vor einer Änderung der Zustandsgrößen des Codewandlers hervorruft und daß eine andere Steuergröße das Löschen der neuen hellen Zellen dieser Gruppe in Abhängigkeit von dieser Änderung hervorruft.

6. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung, die jeder Anzeigezelle die Erregungsimpulse liefert, eine Kombination der Zustandsgrößen (F) mit den Steuergrößen (K) durchführt, die die Dauer und die Folge der Phasen bestimmen.

7. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsdetektor eine logische Schaltung ist, die den tatsächlichen Wert (F) jeder Zustandsgröße mit dem Wert (M) vergleicht, den diese Zustandügröße zu einem bestimmten früheren Zeitpunkt hatte, und daß dieser Wert (M) durch einen Speicher geliefert wird, in dem der Wert der Zustandsgröße zu diesem vorhergehenden Zeitpunkt gespeichert ist.

8. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Funktionen der Wähleinrichtung des Änderungsdetekiors gleichzeitig durch eine Operationseinheit ausgeführt werden, die die Steuergrößen (K) mit den Zustandsgrößen (F) und den Größen (M) der gespeicherten Zustandsgrößen kombiniert.

9. Elektrooptische Anzeige nach einem der Ansprüche 4, 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Gruppe der Anzeige, die ihr Aussehen häufig ändert, derart erregt wird, daß lediglich die Änderungen der Zustandsgrößen Änderungen der einzelnen Zellen hervorrufen und daß zumindest eine zweite Gruppe der Anzeige, die weniger häufig ihr Aussehen ändert, derart erregt wird, daß bei jeder Änderung von zumindest einer der Zustandsgrößen dieser Gruppe alle Zellen einen Zwischenzustand durchlaufen, der für alle diese Zellen identisch ist.

10. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Codewandler durch logische Kombinationsschaltungen gebildet ist, die an ihrem Ausgang direkt die Zustandsgrößen liefern.

11. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Elektroden (113, 114,115) jeder Zelle (110, 111,112) und die gemeinsame Elektrode (116) über jeweils einen Transistor mit der einen Klemme der Spannungsquelle und über einen zweiten Transistor mit der anderen Klemme der Spannungsquelle verbindbar sind.

12. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung die Aufrechterhaltung des dunklen Zustandes einer Zelle über ein langes Zeitintervall durch intermittierende Zuführung einer Spannung sicherstellt, die etwas größer als die Spannung ist, die diese Zelle im dunklen Zustand aufweist.

13. Elektrooptische Anzeige nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der eine mit der gemeinsamen Elektrode verbundene Transistor Steuereinrichtungen derart aufweist, daß er entweder als offenes Element mit hoher Impedanz, als geschlossenes Element mit

niedriger Impedanz oder als Regelelement wirkt, das an der Elektrode eine mittlere Spannung aufrechterhält, die geringer ist als die der Spannungsquelle und die als Aufrechterhaltungsspannung dient.

14. Elektrooptisch Anzeige nach den Ansprüchen 2, 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß vier Steuergrößen zumindest einer Gruppe von Anzeigezellen zugeordnet sind, daß jede Steuergröße den Wert »1« während eines bestimmter Vorganges und den Wert »0« während der anderen Vorgänge aufweist, daß diese Steuergrößen den Vorgängen wie folgt zugeordnet sind: K₁ = Aufrechterhaltung des dunklen Zustandes, K₉ = Kurzschluß, K_s = Löschen, K₄ = Einschreiben, daß diese Steuergrößen logisch mit den Größen (F und M) kombiniert werden, um eine erste Übertragungsgröße (T₁) zu liefern, die den Wert 1 aufweist, wenn der eine der Transistoren, die mit der getrennten Elektrode verbunden ist, diese mit der positiven Klemme der Spannungsquelle verbindet, und um eine zweite Übertragungsgröße (T_E) zu liefern, die den Wert 1 aufweist, wenn der andere der dieser gleichen Elektrode zugeordneten Transistoren diese mit der negativen Klemme der Spannungsquelle verbindet, und daß die logischen Kombinationen den folgenden Gleichungen gehorchen:

T₁ = F(K₁ +

nungsquelle und für T_M = 1 die gemeinsame Elektrode mit einer mittleren Aufrechterhaltungsspannung verbunden ist, und daß die Übertragungsfunktionen mit den Steuergrößen durch die folgenden Gleichungen verbunden sind: