DE2440581B2

DE2440581B2 - Vorrichtung fuer elektroluminiszenzanzeige bei einer uhr

Info

Publication number: DE2440581B2
Application number: DE19742440581
Authority: DE
Inventors: Fernand Cortaillod; Hersberger Pierre Neuenburg; Chetelat (Schweiz)
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauches SA
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1974-08-23
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2437839A1; DE2440581A1; CH578759B5; GB1478668A; FR2257937B1; DE2440581C3; JPS5051683A; CH1212073A4; FR2257937A1

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichturg zum Speisen einer Elektroluminiszenzanzeige einer Uhr durch Impulse.

Ein Mittel für den Ersatz der mechanischen Anzeige einer Uhr zur Ausbildung der Anzeigezeichen besteht darin, Elektroluminiszenzdioden (nachfolgend abgekürzt mit LED-Dioden bezeichnet) zu verwenden. Deren verhältnismäßig niedriger Leistungsverbrauch ist vor allem ein Vorteil bei Uhren, welche durch Batterien angetrieben werden.

Es ist bekannt, daß diese LED-Dioden eine Lichtausbeute haben, welche sehr oft mit dem durch sie durchfließenden Strom zunimmt. In dieser Beziehung ist in den Fig. 1 und 2 der Relativwirkungsgrad in Funktion des Stromes dargestellt. In Fig. 1 handelt es sich um eine LED-Diode aus GaAsP, bei welcher der Wirkungsgrad noch bei Strömen in der Größenordnung von 10OmA zunimmt. Fig. 2 erläutert den Wirtungsgrad einer LED-Diode aus GaP, der bei einem Strom von etwa 30 mA ein Maximum erreicht.

Für eine Uhrenbatterie stellen diese Ströme trotzdem einen bedeutenden Verbrauch dar. Für Anzeigezwecke ist es iedoch nicht erforderlich, die LED-Diode, die zum Leuchten gebracht werden soll, dauernd mit Strom zu versorgen. Man kann sie im Impulsbetrieb unter der Voraussetzung speisen, daß die Impulsfrequenz nicht kleiner als 30 Hz ist. Das menschliche Auge empfindet dann das durch Impulse abgegebene Licht so, als wenn es sich um konstantes, dauernd abgestrahltes Licht handle. Derzeit sind verschiedene Speiseschaltungen für die Impulsspeisung von LED-Dioden bekannt, bei denen durch eine Kommutierschaltung der in eine Spule induzierte Strom durch die Diode fließt Es muß jedoch erwähnt werden, daß die derzeit bekannten Batterien einen verhältnismäßig großen Innenwiderstand haben und nicht große Spitzenströme abgeben können.

Die französische Patentschrift Nr. 2105 003 zum Beispiel beschreibt allgemein ein System zur Steuerung einer Anzeigevorrichtung, wobei die codierten Zeitinformationen multiplexiert werden. Dabei werden die die Anzeigevorrichtung bildenden Elemente mit Impulsen zum Leuchten gebracht. Diese Patentschrift gibt aber keine Auskunft über die Art und Weise wie diese Impulse erzeugt werden. Die deutsche Offenlegungsschrift Nr. 21 56 808 bezieht sich auf eine Steuervorrichtung mit einem Photoelement, welche die der Anzeige zugeführte Energie in Funktion der herrschenden Lichtverhältnisse reguliert. Diese Regulierung erfolgt durch einen Generator, der Impulse mit regulierbarer Einschaltdauer abgibt. Diese Vorrichtung löst aber das Problem, dem Anzeigeelement genügend große Stromspitzen zuzuführen, nicht.

Es ist das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Zuleitung genügend hoher Stromimpulse an die Segmente der Anzeige bildenden elektroluminiszenten Dioden zu schaffen, ohne dabei zu hohe Spannungsimpulse erzeugen zu müssen und ohne die Batterie zu stark zu belasten.

Zur Lösung dieses Problems wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine Stromquelle vorgesehen ist, um im voraus mindestens einen Kondensator mittels eines Schalters aufzuladen, und daß Schalter vorgesehen sind, welche ihn anschließend durch ein Elektroluminiszenz-Anzeigeelement entladen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:

F i g. 1 und 2 die Wirkungsgradkurven in Funktion des Stromes für verschiedene Diodentypen, Figuren, auf welche bereits hingewiesen wurde,

F i g. 3 zeigt das Prinzip der Erfindung,

F i g. 4 erläutert durch Diagramme das Funktionieren der Vorrichtung nach F i g. 3,

Fig. 5 ist die vollständige Schaltung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Anzeigen von zwei Ziffern zu sieben Segmenten und einem Punkt, und

Fig.6 zeigt Dagramme, welche für die Erläuterung des Funktionierens der Vorrichtung gemäß Fig.5 bestimmt sind.

Wenn ein einziger Kondensator genommen wird, welcher abwechselnd über einen Widerstand oder durch eine Stromquelle geladen und dann über eine LED-Diode entladen wird, wird die Speisequelle der Vorrichtung nur impulsmäßig belastet, und bevorzugterweise soll der Verbrauch konstant sein. Zur Erfüllung dieser Bedingung können, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, zwei Kondensatoren genommen werden, welche abwechselnd geladen und entladen werden. In F i g. 3 sind zwei Kondensatoren 1 und 2 ersichtlich, welche durch Stromquellen /1 beziehungsweise I₂ geladen werden, die

35

45

55

65

zwischen eine Speisequelle + Vbb und die Kondensatoren 1 und 2 geschaltet sind An die positiven Klemmen der Kondensatoren sind die Emitter von zwei Transistoren geschaltet, deren Kollektoren gemeinsam mit der Anode einer LED-Diode 5 verbunden sind. Die Kathode dieser Diode 5 ist mit Masse verbunden.

Die Basis eines jeden Transistors 3 und 4 wird durch Impulse A und B gesteuert, welche in F i g. 4 dargesvellt sind: B stellt nichts weiter als ein Komplementärsignal zu A dar, unc In jeder Halbperiode des Signals A oder B kommt es zur abwechselnden Entladung des Kondensators 1 oder 2 in die LED-Diode 5. Aus Fig.4 ist weiterhin das Verhalten der Ladeströme /ei und Ia erkennbar, sowie das des Stromes, welcher durch die Diode 5 fließt Es ist ersichtlich, daß, während einer der Kondensatoren 1 oder 2 sich entlädt oder während einer der Transistoren (3 bzw. 4) offen ist, die entsprechende Stromquelle (U bzw. I₂) keinen Strom liefe-t. Wenn nun die Summe der Ströme /et und /ei gebildet wird und davon der Strom /05 (dies ist ein Strom, der nur von den Kondensatoren geliefert wird) subtrahiert wird, dann gibt die Speisequelle + Vbb einen praktisch konstanten Strom ab.

Wenn die Anpassung der Vorrichtung an eine zusammengesetzte Anzeige von Ziffern zu sieben Segmenten plus einem Punkt (somit acht Elemente pro Ziffer) gewünscht wird, kann dies beispielsweise mit acht Kondensatoren gemacht werden. Obwohl man daran interessiert ist, diese Anpassung zu vereinfachen, ist es derzeit schwierig, auf einfache Weise einen Kondensator zu integrieren.

F i g. 5 zeigt in dieser Beziehung eine Vorrichtung, bei der die Ziffern sequentiell gesteuert werden und bei der pro Ziffer die Elemente nacheinander durch zwei Kondensatoren gesteuert werden, die sich abwechselnd entladen und laden, womit eine Multiplexsteuerung der Anzeige erzielt wird.

In F i g. 5 sind die Kondensatoren 1 und 2 der F i g. 3 erkennbar. Die Stromversorgung des Kondensators 1 wird durch eine »Stromspiegelschaltung« gewährleistet, die aus den Transistoren 12 und 13 gebildet ist, deren Kollektoren an die Speisequelle + V_Bb angeschlossen sind. Der Kollektor des Transistors 13 ist an eine der Klemmen des Kondensators 1 angeschlossen, dessen andere Klemme mit der Masse T verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 12, mit dem die Basen der Transistoren 12 und 13 verbunden sind, ist an den Kollektor eines Transistors 8 angeschlossen, welcher zusammen mit einem Transistor 9 eine weitere Stromspiegelschaltung bildet: ihre Basen und der Kollektor des Transistors 9 sind mit der Speisequelle + Vbb durch ein Widerstandsnetzwerk verbunden, das aus einem Photowiderstand 16 in Serie mit einem Widerstand 17 und, parallel zu diesen beiden, aus einem Widerstand 18 gebildet wird. Die Emitter der Transistoren 8 und 9 sind mit dem Kollektor eines Transistors 6 verbunden, dessen Emitter mit der Masse 7" verbunden ist. An die Basis des Transistors 6 werden über einen Widerstand 19 die Impulse A angelegt. Die Vorrichtung, welche nachfolgend beschrieben wird, bildet eine Ladeanordnung für den ersten Kondensator 1. Praktisch öffnen und schließen die Impulse A abwechslungsweise den Transistor 6; wenn dieser letztere offen (oder gesättigt) ist, legt das Widerstandsnetzwerk 16, 17 und 18 den durch den Transistor 9 fließenden Strom fest. Da sowohl die Emitter als auch die Basen der Transistoren 8 und 9 miteinander verbudnen sind, haben die beiden Transistoren die gleiche Basis-Emitterspannung. Somit

sind die Basisströme proportional zu der von den Transistoren eingenommenen Fläche, weil die Leitfähigkeit der Basis-Emitterstrecke auch proportional zur Fläche ist, durch die der StroT. fließt Der durch den Transistor 8 fließende Strom wird somit durch das Verhältnis der Flächen der Transistoren 8 und 9 bestimmt Die gleiche Erscheinung ergibt sich für die Stromspiegelschaltung 12, 13, und es wird ein impulsförmiger Ladestromverlauf für den Kondensator

I erhalten. Parallel zu dieser Ladevorrichtung des Kondensators 1 ist die gleiche Vorrichtung für das Laden des Kondensators 2 angeordnet die aus einer ersten Stromspiegelschaltung besteht, der die Transistoren 14 und 15 umfaßt und aus einer zweiten Stromspiegelschaltung, die aus den Transistoren 10 und

I1 besteht, sowie aus einem Schalttransistor 7, an dessen Basis über einen Widerstand 20 die Impulse B angelegt werden. Die Stromspiegelschaltung 10, 11 verwendet zur Festlegung ihres Stromes das gleiche Widerstandsnetzwerk 16, 17,18 wie die Stromspiegelschaltung 8, 9. Die erste der beiden Anzeigeziffern wird aus LED-Dio- bc, cc, de, ec, fc, gc und ρβ gebildet. Die Kathoden der die LED-Diode p_F gebildeten Punkt; auf die gleiche Weise wird die zweite Ziffer durch die LED-Dioden ac. be, eG. de. eG. rc, gG und pe gebildet. Die Kathoden der Dioden ar bis pf sind alle an den Kollektor eines Ziffern-Steuertransistors 29 angeschlossen, dessen Kollektor mit der Masse T verbunden ist und an dessen Basis Impulse F angelegt werden; die Kathoden der Dioden ac bis pe sind mit dem Kollektor eines Ziffern-Steuertransistors 30 verbunden, dessen Emitter auch mit der Masse Tverbunden ist, während an seine Basis Impulse G angelegt werden. Die Dioden bilden die Segmente und die Punkte der beiden Ziffern haben zu zweit ihre Anoden gemeinsam, das heißt, daß die Anode der Diode ac mit der Anode der Diode a^verbunden ist, die Anode der Diode bc mit der Anode der Diode br usw., während gleichermaßen die Anode der Diode pe mit der Anode der Diode pp verbunden ist. Diese Anodenpaare ar, ac; of, be; cf, cc; (If₁ dc; er, ec; (f, fc; gF, gG; pF, pc sind mit den Kollektoren von Transistoren 21 bis 28 verbunden. Die Emitter der Transistoren 22, 24, 26 und 28, deren Kollektoren an die geraden Segmente gF bo; <fr, de; />, fc und die Punkte Pf. pe angeschlossen sind, sind mit der positiven Klemme des Kondensators 1 verbunden, während die Emitter der Transistoren 21,23,25 und 27, deren Kollektoren an die ungeraden Segmente ap, ac; Cf, cc; ep &c und gF, gc angeschlossen sind mit der positiven Klemme des Kondensators 2 verbunden sind. An die Basen der Transistoren 21 bis 28 werden Impulse a, b, c, d, e. f, g und ρ angelegt.

F i g. 6 erlaubt das Funktionieren der Vorrichtung der F i g. 5 besser zu verstehen. Dazu wird angenommen, daß alle Segmente und die beiden Punkte zum Leuchten gebracht werden müssen. Die Impulse Fund G zeigen, daß die Transistoren 29 und 30 abwechselnd und während eines bestimmten Zeitintervalls τ geöffnet sind, da die Periode eines jeden Signals 2r beträgt. Es ist ersichtlich, daß während dieses Zeitintervalls r die Signale a bis ρ nacheinander die Transistoren 21 bis 28 während Zeiten r/8 öffnen, wodurch abwechselnd das Entladen der Kondensatoren 1 und 2 bewirkt wird. Zufolge der Impulse A und B wird, während sich einer der Kondensatoren über eine einzige Diode entlädt, sich der andere auf das Potential 4- V_Cfl aufladen, um anschließend entladen zu werden, während der erstere sich seinerseits auflädt. Während des anschließenden

Zeitintervalls τ sperrt der Transistor 29, während der Transistor 30 leitet, und der Vorgang beginnt bei der zweiten Ziffer erneut. Die Anzahl Ziffern kann erhöht werden, indem die Anoden der Anzeigedioden auch an die entsprechenden Kollektoren der Transistoren 21 bis 28 angeschlossen werden und indem pro zusätzliche Ziffer ein Ziffern-Steuertransistor zugefügt wird. Um somit beispielsweise drei Ziffern-Steuertransistoren (also drei Ziffern) zu steuern, sind Signale F\ C und H' (F i g. 6) vorhanden, wobei die Impulsdauer τ bleibt, die Periode aber 3v wird. Somit wird sowohl für die Ziffern eine Folgesteuerung erhalten als auch eine Folgesteuerung für die Segmente und den Punkt einer Ziffer, während nur zwei Kondensatoren abwechselnd den für die Anzeige notwendigen Strom liefern.

Es muß bemerkt werden, daß bei diesem Verfahren mindestens immer ein Kondensator vorhanden ist, der sich lädt, was bedeutet, daß die Speisequelle einen fast konstanten Strom liefert. Andererseits ist der von den Transistoren, welche die Spiegelschaltung bilden, abgegebene Strom durch den Ohmwert des Widerstandsnetzwerkes 16,17,18 (F i g. 5) gegeben, ein Wert, der zufolge des Photwiderstandes 16 variieren kann oder der auf einen konstanten Kontrast gehalten werden kann. Tatsächlich kann bei einer schwachen äußeren Beleuchtung der Wert des Photowiderstandes 16 groß sein, der abgegebene Strom wird klein sein und die Kondensatoren 1 und 2 werden sich nur schwach laden; durch ihre Entladung wird somit wenig Energie an die Anzeigedioden abgegeben werden. Bei einer Starken äußeren Beleuchtung wird der Wert des Photowiderstandes 16 klein sein, der abgegebene Strom wird groß sein und die Kondensatoren 1 und 2 werden sich auf ein höheres Potential aufladen; durch ihre Entladung wird somit mehr Energie an die Anzeigedioden abgegeben werden.

Aus dem Beispiel der Fig. 5 ist ersichtlich, daß bei dem Zustand der Impulse a, b, c, d, e, f, g und ρ nach F i g. 6 alle Segmente und die Punkte der Ziffern

ίο beleuchtet sein würden, aber es ist offensichtlich, daß mit Hilfe bekannter Mittel, beispielsweise durch Verwendung der Ausgänge eines BCD-Decoders gewisse Impulse (a und/oder b und/oder c usw.) unterdrückt werden würden, und zwar derart, daß auf

ij der Anzeige nur die gewünschten Angaben erhalten werden. Nimmt man beispielsweise an, die Ziffer f werde angesteuert oder adressiert, so ist der Transistor 29 leitend. Das bedingt einen gewissen Steuerstrom an der Basis. Werden bestimmte Segmente der Ziffer nicht angesteuert, kann der Transistor 29 während der entsprechenden Zeitintervalle gesperrt und damit eine gewisse Stromeinsparung erzielt werden.

Durch beispielsweise einen die Impulse A aufteilenden Oszillator ist es möglich, alle anderen Impulse auszubilden und zwar die Impulse B,a,b,c d, e, f,g,p, F und G oder, anstelle von Fund G, die Impulse F', G'und H'. Dazu genügt es, an den Ausgang des Oszillators eine Reihe von Flip-Flopschaltungen hintereinander anzuschalten, deren entsprechende Ausgänge auf passende Weise verwendet werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Speisen einer Elektroluminiszenzanzeige einer Uhr durch Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stromquelle (I], I₂; 13, 15) vorgesehen ist, um in voraus mindestens einen Kondensator (1, 2) mittels eines Schalters (6, 7) aufzuladen, und daß Schalter (3, 4; 21—28) vorgesehen sind, welche ihn anschließend durch ein Elektroluminiszenz-Anzeigeelement (5; 3 F- gF, Pf, ac - ge, Pc) entladen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stromquellen (7,, I₂; 13, 15) abwechselnd zwei Kondensatoren (1,2) laden, und dadurch, daß elektronische Schaltei (3, 4; 21—28) diese abwechselnd durch eine Anzeige entladen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen zum Laden des Kondensators durch Impulse (A, B, F i g. 5) gesteuert werden, und daß die elektronischen Schalter (3, 4; 21—28) zur Entladung der Kondensatoren Transistoren sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen zum Laden der Kondensatoren einen variablen Strom liefern, der durch einen Photowiderstand (16) gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ziffern-Steuertransistoren (29, 30) als Schalter verwendet und durch Impulse (F, G) gesteuert werden, die auf sequentielle Art ermöglichen, daß ein Strom durch diese Ziffern fließt, und dadurch, daß Segment-Steuertransistoren (21—28) ebenfalls auf sequentielle Art ermöglichen, daß zwei Kondensatoren abwechselnd durch die Segmente (aF—gF, pr, 3g —gc, pe) der Anzeigeziffern entladen werden.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziffern-Steuertransistoren nur leitend sind, solange Segment-Steuertransistoren zur entsprechenden Ziffer leitend sind.