DE2122683A1

DE2122683A1 - Uhr, deren Anzeigeeinrichtung mindestens eine Flüssigkristall-Zelle aufweist

Info

Publication number: DE2122683A1
Application number: DE19712122683
Authority: DE
Inventors: Pierre Bienne Bern Girard (Schweiz)
Original assignee: Montres Rolex SA
Current assignee: Rolex SA
Priority date: 1970-05-11
Filing date: 1971-05-07
Publication date: 1971-11-25
Also published as: CH697470A4; US3712047A; CH532811A; DE2122682A1; US3715881A; DE2122683B2

Description

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Manufacture des Montres Rolex S. A. Bienne La Haute Route 82, 2500 BIENNE (Kanton Bern, Schweiz)

"Uhr, deren Anzeigeeinrichtung mindestens eine Flüssigkristall-Zelle aufweist"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Uhr, bei der die sichtbaren Elemente des Anzeigeelementes, welche die Stundenangabe liefern, mindestens eine Flüssigkristall-Zelle aufweisen, die ihre Lichtübertragungseigenschaften unter der Wirkung eines elektrischen Feldes verändert.

Es ist bereits seit einer gewissen Zeit bekannt, dass es möglich ist, Flüssigkristalle zur Schaffung von statischen Analog« oder Digitalanzeigeelementen bei Uhren zu verwenden, insbesondere bei Elektronikuhren. Die diesbezüglich verwendeten Flüssigkristalle präsentieren sich in Form von dünnen Schichten zwischen Platten mit Elektroden. Normalerweise, d.h., wenn sie nicht durch einenelektrischen Strom erregt ist, ist die Flüssigkristallschicht transparent wie Wasser. Sie wird dagegen dann undurch« sichtig, wenn sich eine Spannungsdifferenz zwischen ihren beiden Oberflächen einstellt. Diese Eigenschaft ermöglicht die Schaffung von Zellen, welche die Stundenanzeige sichtbar gestalten, sei es in Analog- sei es in Digitalform.

Jedoch gab es bis heute eine Schwierigkeit bei der Verwendung von Flüssigkristall-Zellen für die Schaffung von Uhren kleiner Abmessungen, insbesondere von Armbanduhren oder Taschenuhren. Da diese Uhren in netz-

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unabhängiger Form funktionieren müssen, ist ihre elektrische Leistungsquelle im allgemeinen eine Batterie, welche eine relativ niedrige Gleichspannung abgibt. Diese niedrige Spannung ist in der Lage, eine Zeitgrundlage zu versorgen, wie z.B. ein Quarzkristall oder ein sonstiges elektronisches, oszillierendes Teil, aber für die direkte Anwendung bei Flüssigkristall« Z eilen, bei denen die optischen Eigenschaften der Zellen verändert werden, ist es notwendig, dass die Flüssigkeitsschicht extrem dünn ist, was die Schaffung zuverlässiger Bauelemente erschwert, welche eine Angabe liefern, die die äusseren Merkmale der Qualität aufweist, die für einen Anwendungszweck dieser Art erforderlich sind.

Man könnte daran denken, die Flüssigkristall-Zellen unter einer Spannung zu erregen, die grosser ist als diejenige, die den elektronischen Schaltkreisen geliefert wird, indem man die Uhr mit zwei verschiedene Spannungen liefernden Stromquellen versieht. Eine solche Konstruktion würde jedoch verhindern, die Abmessung der Uhr soweit wie gewünscht zu reduzieren.

Erfindungszweck ist die Beseitigung der vorgenannten Schwierigkeiten und die dementsprechend gegebene Möglichkeit der Schaffung einer Anzeigeeinrichtung mit Flüssigkristall-Zellen, die geeignet ist, in eine elektronische Uhr kleiner Abmessungen eingebaut zu werden, welche netzunabhängig funktioniert, wie z.B. eine Armband- oder Taschenuhr.

Dafür ist die Uhr nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gleichs^rom-Spannungsquelle aufweist, eine Zeitgrundlage, welche versorgt wird durch die genannte Spannungsquelle und welche ein oszillierendes Signal abgibt, eine Vorrichtung zur Anhebung der Spannung, deren Eingang mit der Zeitgrundlage verbunden und deren Ausgang eine höhere Spannungsquelle ist als die genannte ursprüngliche Quelle, wobei die höhere Spannung an die Zelle bzw. Zellen angeschlossen wird.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung zweier in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. Hierin ist:

Fig. 1 ein Schaltschema von Schaltkreisen mit Transformator, eingebaut in die erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Uhr, und

Fig. 2 ein Schaltschema eines Spannungsumwandlers in einer anderen Ausführung sf or m der gleichen Uhr.

In Fig. 1 ist die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung schematisch durch ihr elektronisches Äquivalent, d.h. einen Lastwiderstand (RL) dargestellt. Die verschiedenen möglichen Ausführungsformen dieser Anzeigevorrichtung werden hier nicht im Detail beschrieben. Sie weisen im allgemeinen Zellen auf, welche aus einer an sich bekannten Dünnschicht aus Flüssigkristall bestehen, welche zwischen zwei festen Platten angeordnet ist, beispielsweise Glasplatten. An der Auftreffläche zwischen einer dieser Platten und der Kristallflüssigkeit erstreckt sich eine dünne Metallklinge, die eine erste Elektrode bildet, während an der Auftreff-Fläche zwischen der anderen transparenten Platte und der Flüssigkeit sich Metallplatten verschiedener Formen und Anordnungen erstrecken, welche voneinander unabhängig mit einer Dekodiereinrichtung 10 in der Weise verbunden sind, dass die Ausbildung einer Stundenanzeige in Analog- oder Digitalform ermöglicht wird. Mehrere Ausführungsformen solcher Anzeigevorrichtungen sind in der schweizerischen Patentanmeldung Nr. 6974/70, angemeldet am 11. Mai 1970, sowie in der deutschen Patentanmeldung vom gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung der gleichen Anmelderin mit dem Titel: "Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung für Uhren" beschrieben.

Die elektronische Einrichtung zur Steuerung der Anzeige wird von einer Gleichspannungsquelle mit Niederspannung versorgt, beispielsweise von

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einer Batterie oder einer in Serie geschalteten Batteriegruppe 1. Sie umfasst eine Zeitgrundlage 2, deren vibrierendes Element von der Batterie versorgt wird und ein oszillierendes Elektroniksignal mit relativ hoher Frequenz abgibt. Die Zeitgrundlage kann beispielsweise Quarzkristallform haben, wie z.B. der Oszillator 2 in Fig. 1. Sie kann mit einer Frequenztrennstufe 3 verbunden sein, welche die Frequenz des abgegebenen Signals auf die notwendigen Werte zurückführt, um die Anlegung der Spannung an die RL-Zellen zu steuern. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist eine der Stufen des Frequenzteilers über einen Verstärker 4 mit einem Spannungs-Anhebungstransformator 5 verbunden, dessen Sekundärwicklung eine Spitzenspannung sehr viel höheren Wertes liefert als die Eingangsspannung. Die Frequenz dieses Transformators wird so hoch wie möglich sein, was dazu führt, einen Transformator zu schaffen, der eine sehr geringe Zahl von Windungen hat und dementsprechend folgender Formel gerecht wird:

Ep χ 10 Np = Primärwicklungszahl

Np = Ep = Primärspannung

4,4xfxBxS . _

f = Frequenz

B = Induktion

S = Kernquer schnitt.

Dieser Transformator kann, falls "f" sehr hoch ist,(beispielsweise 100 kHz) einen sehr kleinen Kernquer schnitt haben, denn die Leistung ist sehr gering, sowie eine sehr kleine Zahl von Windungen an der Primär- und Sekundärwicklung. Ein solcher Transformator könnte auf einem Ferrit-Tor geschaffen werden.

Das Ausgangssignal des Transformators wird in einem Gleichrichterschaltkreis 6 gleichgerichtet, der sich an den Transformator anschliesst, wonach die so erhaltene kontinuierliche oder sehr leicht variable Spannung durch den Transistor 7 aufgespalten wird, dessen Basis mit dem Eingang der letzten

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Stufe des Teilers 3 verbunden ist, wodurch Impulse entstehen, die im beschriebenen Beispiel eine Frequenz von 16 Hz aufweisen. Zwischen dem Frequenzteiler und der Transistorbasis 7 sieht man einen Adapter 8 vor. Die an die Zellen angelegte Spannung wird auf die Frequenz pulsiert, welche dem Eingang der letzten Stufe des Teilers entspricht und der Wert ist. ausreichend, um einen leicht sichtbaren Kontrast auf der Flüssigkeit des Inhalts der RL-Zellen zu erzielen. Da der Strom in der Flüssigkeit der Zellen nur während der halben Betriebszeit zirkuliert, spart man an Energie in der Batterie 1, was deren Lebensdauer entsprechend'steigert.

Der Regelschaltkreis 9 der Uhr steuert den Entschlüsselungsschaltkreis für die Informationen 10, der sich direkt an die Flüssigkristalle RL anschjiesst.

Die Verwendung einer hohen Frequenz ermöglicht auch die Schaffung einer anderen Spannungsanhebung. Statt des Versuchs der MLniaturisierung eines Transformators ist es möglich, eine andere Vorrichtung zur Spannungsanhebung zu verwenden, beispielsweise Stufenschaltkreise, welche aus Dioden und Kapazitäten bestehen, wobei jede Stufe eine Verdoppelung der Spannung bewirkt.

Die Fig. 2 stellt einen solchen Schaltkreis dar, der als einfacher Spannungsdoppler verwendet wird. Man wird hier nicht auf die Beschreibungsdetails eines solchen Spannungsverdopplers eingehen, denn er ist an sich bekannt. Es ist also möglich, eine Primärspannung V- an den Eingängen a) und b) anzuheben und an den Ausgängen c) und d) eine Spannung von ungefähr dem doppelten Wert der Eingangsspannung zu erhalten. Eine zweite Vorrichtung, die in Stufenform angeschlossen wird, wird diese Spannung ein zweites Mal verdoppeln, was heisst, dass Vl die Hälfte von V2 sein wird und V2 die Hälfte der Spannung V3 zwischen den Punkten e) und d). V3 wird also viermal grosser sein als Vl.

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Man kann also, falls die Frequenz sehr hoch ist und die Energieerfordernis sehr gering, in einem einzigen Schaltkreis die Dioden D und die Kondensatoren C eines solchen Spannungsanhebers integrieren. Man kann dann, wie in Fig. 1, die so erhaltene Spannung gleichrichten, und sie entweder direkt an die Flüssigkristalle anlegen oder sie pulsieren lassen oder aber sie auch in eine Wechselspannung mittels eines elektronischen Schalters umwandeln. Auch hier wäre es mögich, einen solchen elektronischen Wandler zu integrieren, denn der Verbrauch beträgt nur einige Mikrowatt.

Der Vorteil eines solchen Systems der Spannungsanhebung ist also die Möglichkeit der Schaffung von Geräten sehr kleiner Abmessungen durch Integration und die Möglichkeit der Verwendung in einer Armbanduhr. Wenn nämlich ein Transformator auch elastischer ist als Spannungsanheber, als ein Spannungsverdoppler, kann er doch nicht auf ein Volumen unter einigen Kubik-Millimetern reduziert werden, während ein integrierter Schaltkreis in einem geringeren Volumen Platz finden kann.

So werden von einer einzigen gleichen Spannungsquelle die elektronischen Schaltkreise der Zeitgrundlage und des Frequenzteilers mit einer relativ geringen Spannung versorgt, während die Flüssigkristallzellen mit einer sehr viel höheren Spannung erregt werden, was es ermöglicht, Flüssigkristall-Schichten ausreichender Stärke zu verwenden, um eine gute Sichtbarmachung der Stundenanzeige zu ermöglichen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Uhr, bei der die sichtbaren Elemente der Anzeigeeinrichtung, die die Stundenangabe liefern, mindestens eine Flüssigkristall-Zelle aufweisen, die ihre Lichtübertragungseigenschaften unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes ändert, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gleichspannungs-Stromquelle, eine Zeitgrundlage, die von der genannten Quelle gespeist wird und ein oszillierendes Signal liefert, einen Spannungsanheber, dessen Eingang mit der Zeitgrundlage verbunden ist und dessen Ausgang eine höhere Spannung liefert als die der genannten Quelle, wobei diese Spannung an die Zelle bzw. Zellen angelegt wird, aufweist.

2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsanhebeeinrichtung aus einem Transformator besteht.

3. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal der Spannungsanhebeeinrichtung gleichgerichtet wird, bevor es an die Zelle bzw. Zellen angelegt wird.

4. Uhr nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Spannungsanhebers in der Weise getrennt wird, dass man eine pulsierende bzw. alternierende Spannung erhält.

5. Uhr nach Anspruch 4, bei der die Zeitbasis einen Frequenzteiler mit mehreren Stufen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsanhebeeinrichtung mit einer der Stufen des Frequenzteilers verbunden ist, und dadurch, dass das Ausgangssignal der Zeitbasis die Anlegung der genannten pulsierenden bzw. alternierenden Spannung an die Zelle bzw. Zellen steuert.

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6. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsanhebeeinrichtung aus elektronischen-Stufenschaltkreisen gebildet wird, bei denen die Ausgangsspannung jeder Stufe ungefähr doppel so hoch ist wie die Eingangs spannung.

7. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsanhebeeinrichtung aus einem integrierten Schaltkrel s besteht.

8. Uhr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor-

richtung zum Trennen des Ausgangssignals der Spannungsanhebeeinrichtung durch ein Signal gesteuert wird, das an einer Stufe des Frequenzteilers abgegriffen wird, deren Frequenz geringer ist als diejenige der Stufe, mit der die Spannungsanhebeeinrichtung verbunden ist.

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