Brevet FR2199141A1 — publié le 19740405

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux montres, et notamment aux montres bracelets à mouvement électrique ou électronique, et concerne plus particulièrement leur alimentation en énergie. Aux classiques mouvements purement mécaniques, dont le rouage est actionné par la détente sous contrôle d'un balancier d'un ressort armé au moyen d'un remontoir ou par un dispositif automatique, sont fréquemment substitués des mouvements de type électrique ou électronique, capables d'une plus grande précision à long terme. lies mouvements électriques comportent un rouage classique entraîné non plus par un ressort, mais par un micromoteur électrique, tandis que les mouvements électroniques sont généralement dépourvus de tout rouage et composés d'organes purement statiques, tels que des compteurs et diviseurs excités par des impulsions engendrées par un oscillateur. L'alimentation en énergie de ces mouvements électriques ou électroniques est généralement assurée à l'aide d'une pile miniature par exemple au mercure, qui doit être périodiquement échangée. Cet échange périodique de la pile d'alimentation du mouvement ne constitue guère une servitude, puisque compte tenu de la très faible consommation du mouvement, ces piles sont capables d'une très longue durée de service, pouvant atteindre et même dépasser une année. Toutefois, la tension fournie par une telle pile peut varier au fur et à mesure de sa décharge, ce qui risque d'affecter la régularité de fonctionnement du mouvement, et par suite la précision des indications horaires fournies. L'invention a pour objet de pallier cet inconvénient des montres -bracelets à mouvement électrique ou électronique alimenté par pile, par la mise en oeuvre de moyens garantissant une alimentation électrique parfaitement stable, et par suite une excellente précision à long terme des indications horaires. Une montre et notamment une montre-bracelet à mouvement électrique ou électronique alimenté par une pile miniature est en effet caractérisée, conformément à l'invention, en ce que son cadran porte des photopiles ou cellules photovoltaiques qui engendrent par effet photoélectrique interne en lumière visible un courant suffisant pour assurer l'entretien de la tension aux bornes de la pile, choisie d'un type susceptible de recharge. Ainsi, le cadran de la montre se trouvant habituellement illuminé pendant quelques heures au moins chaque jour, la charge de la pile se trouve régulièrement entretenue, de sorte que l'alimentation du mouvement est assurée sous une tension parfaitement régulière, au grand bénéfice de sa précision de fonctionnement. La réserve de marche constituée par la pile rechargeable suffit bien entendu pour éviter l'arrêt du mouvement au cas où la montre par exemple enfermée dans un tiroir, resterait à l'obscurité pendant quelques jours. Belon une autre caractéristique de l'invention, les photopiles ou cellules photovoltaïques précitées sont disposées sur le cadran de la montre de manière à en constituer ou en souligner les divisions horaires. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les photopiles ou cellules photovoltaïques précitées sont constituées par au moins une couche de matériau semiconducteur pourvue de collecteurs de courant associés. Cette couche de matériau semiconducteur peut recouvrir au moins une fraction importante de la surface du cadran, et est avantageusement subdivisée en plages électriquement indépendantes pourvues chacune de ses propres collecteurs et couplées en série et/ou parallèle. Ces diverses dispositions ont pour avantage de concilier la fonction propre du cadran avec son rôle de support des photopiles ou cellules photovoltalques, et de permettre par couplage judicieux de ces dernières la fourniture sous la tension voulue d'un courant d'intensité suffisante pour l'entretien de la charge de la pile rechargeable. La couche de matériau semiconducteur précité peut être une couche de matériau polycristallin tel que du sulfure de cadmXm et constituer au moins une cellule photovoltaïque réalisée selon les techniques des couches minces ou épaisses, ou bien être en matériau monocristallin ti que le silicium et comporter au moins une photopile réalisee selon les techniques des circuits intégrés.. D'autres caractéristiques et avantages d l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de plusieurs exemples schématiques de réalisation illustrés par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue en plan d'un support isolant destiné à porter des photopiles pour constituer le cadran d'une montre conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en plan du cadran de montre réalisé au moyen du support de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan illustrant une variante de réalisation du cadran de montre conforte à l'invention: - la figure 4 donne la représentation schématique du circuit électrique d'une montre conforme à l'invention; et, - les figures 5 et 6 sont deux coupes partielles d'un cadran de montre conforme à l'invention illustrant respectivement la réalisation de cellules photovoltaïques et de photopiles. La figure 1 représente en plan un support 10 pour la fabricatio lu cadran d'unqhîontre conforme à l'invention. Ce support 10 est constitué par un disque 11 en matériau isolant, par exemple une résine synthétique, percé d'un trou central 12 pour le passage des axes des aiguilles. Le trou central 12 est entcuré d'une saillie annulaire 13 à laquelle se raccordent quatre saillies radiales 14 divisant la face apparente du disque 11 en quadrants et dont chacune forme au voisinage du rebord du disque il une saillie semicirculaire 15. La face apparente du support 10 ainsi agencé est tout d'abord recouverte d'un mince dépôt métallique puis d'une couche continue de matériau semiconducteur, tel que du sélénium ou encore un tellure, arséniure ou sulfure métallique, capable de libérer des électrons en son sein sous l'effet d'une illumination en lumière visible; si besoin est, le matériau semiconducteur utilisé est formé ou dopé pour présenter l'effet photoélectrique interne voulu. Après avoir déposé un film transparent de matière conductrice sur la couche de matériau semiconducteur, le simple grattage du sommet des saillies 13-14-15 permet de subdiviser la couche composite continue en quatre plages 16-19 dont chacune correspond à un quadrant du support et est isolée de ses voisines. Chacune des ces plages constitue une cellule photovoltalque individuelle, dont les électrodes sont consituées l'une par la fraction correspondante du dépôt métallique sous-jacent à la couche de matériau semiconducteur, et l'autre par la fraction correspondante du film transparent de matière conductrice auquel sont localement superposés des collecteurs métalliques avantageusement disposés pour constituer en outre des repères horaires. Ainsi, dans l'exemple de réalisation montré sur la figure 2, chaque collecteur est constitué d'un segment de couronne périphérique 21-24 et de deux pointes radiales, telles que 21' et 21".Cet agencement a pour premier avantage de permettre une collection efficace des électrons libérés par effet photoélectrique interne dans la couche de matériauèemiconducteur, sans pour autant réduire exagérément la surface de ladite couche exposée à l'illumination; un autre avantage de cette disposition est que les deux pointes radiales de chaque collecteur constituent avec les saillies 14 séparant les quatre photopiles des repères horaires conférant une grande lisibilité au cadran de montre. Chacune des quatre cellules photovoltalques ainsi constituées est pourvue de connexions extérieures, par exemple réalisées par des fils métalliques raccordés l'un au dépôt métallique sousjacent à la couche de matériau semiconducteur, et l'autre au collecteur 21-24 recouvrant ladite couche. Comme montré sur la figure 2 ces raccordements sont avantageusement effectués au droit de la plage semicirculaire de chaque cellule délimitée par la saillie 15, et sont de préférence dissimulés par un pion isolant 25-28 recouvrant ladite saillie. Bien entendu,l' agencement de cadran qui vient d'être décrit en relation avec les figures 1 et 2 n'est nullement exclusif, beaucoup d'autres dispositions des photopiles pouvant être adoptées, aussi bien pour des raisons esthétiques que techniques, telles que le nombre des cellules individuelles devant être couplées en série et/ou parallèle-pour entretenir la charge de la pile alimentant le mouvement de la montre. Ainsi, la figure 3 illustre schématiquement un autre exemple d'agencement d'un cadran conforme à l'invention: le cadran 70 de la figure 3 porte douze cellules individuelles 71, 32... réparties en couronne à sa périphérie et séparées par des intervalles radiaux constituant les divisions horaires. De nombreuses autres dispositions pourraient être imaginées, par exemple pour la réalisation de cadrans de forme autre que circulaire. Ou encore, le cadran pourrait porter une unique cellule couvrant toute sa surface et par exemple pourvue d'un collecteur apparent en spirale. Toutefois, pour tenir compte du fait qu'une cellule photovoltaïque engendre généralement une tension inférieure à la tension nominale d'une pile rechargeable et ce notamment en cas de faible éclairement, le cadran comporte avantageusement plusieurs cellules couplées suivant les besoins en série et/ou parallèle, comme montré sur la figure 4: sur cette figure, quatre cellules 51-54 très schématiquement représentées sont couplées deux à deux en série, les deux couplages ainsi obtenus étant montés en parallèles aux bornes de la pile rechargeable A assurant l'alimentation stabilisée du mouvement M, symbolisé par un micro-moteur électrique. D'autres coupages sont bien entendu possibles, selon le nombre des cellules, leurs caractéristiques électriques et celles de la pile d'alimentation en énergie du mouvement. lies figures 5 et 6 illustrent deux exemples concrets de réalisation de cadrans conformes à l'invention respectivement aux moyens des techniques des couches minces et des circuits intégrés. Le cadran de la figure 5 est constitué par un support S fait de résine synthétique, de verre un autre matériau isolant, dont la face apparente subdivisée par des arêtes A est localement métallisée à travers un masque approprié pour former des collecteurs C1, sur lesquels sont déposées des couches minces de sulfure de cadmium CdS ou autre matériau semiconducteur polycristallin. D'autres métallisations effectuées à travers des masques appropriés permettent de former un film collecteur transparent C2 et des collecteurs métalliques C, comme dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2. Enfin, l'ensemble est recouvert d'une couche de passivation, par exemple faite de silice pyrolithique Si. Sur la figure 5, la configuration particulière des collecteurs Cl et C2 au voisinage de l'arête A permet le couplage en série des deux cellules photovoltaïques séparées par ladite arête. lie cadran de la figure 6 est constitué par une plaquette de circuits intégrés, comprenant un substrat, le silicium de type P dans lequel sont formés par masquage et dopage des couches enterrées de type N+. On fait ensuite croitre une couche epitaxiale Ne dans laquelle sont formées par diffusion des burins B délimitant des caissons et des plages Pd formant des jonctions. L'ensemble est enfin recouvert d'une couche de silice Si dans laquelle sont pratiquées des fenêtres pour permettre le contact avec les plages Pd de joints métalliques M1, M2 couplant en série les photopiles agencées dans les différents caissons. Une montre conforme à l'invention peut présenter divers perfectionnements non représentés. Ainsi par exemple, des réserves pourraient être prévues dans la couche de matériau semiconducteur de cellules photovoltalques pour l'insertion d'éléments d'affichage électro-luminescents, particulièrement compatibles avec un mouvement électronique, les circuits intégrés constituant les photopiles pourraient comporter des montages régulateurs ou diviseurs, le boîtier de la montre pourrait être réalisé au moins partiellement en matière transparente ou translucide et agencé pour former-un conduit de lumière permettant de diriger sur les cellules photopiles la lumière captée par exemple sur la tranche du boîtier. C'est-à-dire d'une manière générale que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre-d'exemple,et qu'au contraire l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considérés séparément ou en combinaisons et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Montre, et notamment montre-bracelet à mouvement électrique ou électronique alimenté par une pile miniature, caractérisée en ce que son cadran porte des photopiles ou cellules photovoltaïques qui engendrent par effet photoélectrique interne en lumière visible un courant suffisant pour assurer l'entretien de la tension aux bornes de la pile, choisie d'un type susceptible de recharge. 2 - Montre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les photopiles ou cellules photovoltalques précitées sont disposées sur le cadran de manière à constituer ou en souligner les divisions horaires. 3 - Montre selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les photopiles ou cellules photovoltalques précitées sont constituées par au moins une couche de matériau semiconducteur pourvue de moyen collecteurs de courant associés. 4 - Montre selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couche précitée recouvre au moins une fraction importante de la surface du cadran. 5 - Montre selon la revendication 4, caractérisée en ce que la couche précitée est subdivisée en plages électriquement indépendantes pourvues chacune de ses propres moyens collecteurs de courant et couplées en série et/ou parallèle. 6 - Montre selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisée en ce que la couche précitée est essentiellement faite d'un matériau semiconducteur polycristallin tel que le sulfure de cadmium et constitue au moins une cellule photovoltalque réalisée selon les techniques dites des couches minces ou épaisses. 7 - Montre selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens collecteurs de courant précités sont essentiellement constitués par de minces dépôts conducteurs formés de part et d'autre de la couche de matériau semiconducteur précitée. 8 - Montre selon la revendication 7, caractérisée en ce que le cadran précité est formé d'un support isolant recouvert d'un dépôt conducteur sur lequel est disposée la couche de matériau semiconducteur précitée, dont la face apparente est revêtue d'undépôt conducteur suffisamment mince pour être transparent. 9 - Montre selon la revendication 8, caractérisée en ce que le support isolant comporte des arêtes destinées à être arasées pour délimiter et isoler chacune des photopiles précitées. 10 - Montre selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisée en ce que les collecteurs métalliques recouvrent localement le dépôt conducteur transparent précité. 11 - Montre selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisée en ce que la couche précitée est essentiellement faite d'un matériau semiconducteur monocristallin tel que le silicium et comporte au moins une photopile réalisée selon les techniques dites des circuits intégrés. 12.- Montre selon la revendication 11, caractérisée en ce que la couche précitée comporte en outre des circuits intégrés assurant des fonctions annexes de régulation, de comptage ou autres. 13 - Montre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que son boîtier est au moins localement transparent et agencé pour collecter et guider la lumière sur les photopiles ou cellules photovoltaïques. 14 - Montre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que son cadran porte en outre des éléments d'affichage électroluminescents.