Brevet FR2376450A1 — publié le 19780728

L'invention se rapporte à un procédé d'affichage de l'heure par diodes électroluminescentes et à l'appareil résultant. L'indication de l'heure sans système mécanique ou électromécanique, c'est-à-dire purement électronique, a consisté jusqu'à présent à substituer la représentation analogique donnée par les aiguilles à un affichage numérique. Cet affichage est généralement réalisé par des mosaïques à barres (ou segments), plus rarement à matrices. Le format à sept barres est le plus courant, car la sélection de celles-ci donne une représentation satisfaisante de tous les chiffres.La technique actuelle offre deux modes de réalisation de ces monarques : elles peuvent être composées d'éléments photo-émissifs tels que des diodes électroluminescentes, auquel cas l'affichage est souvent désigné par le sigle-anglo-saxon LED (Light Emitting Diode), ou être formées d'éléments passifs de traitement de la lumière ambiante, tels que les cristaux liquides - affichage LCD (Liquid Crystal Display) -ou les électrochromes, qui n'ont pas encore abouti à des réalisations commerciales. La visualisation par cristaux liquides consiste à appliquer aux électrodes qui insèrent ces cristaux un champ électrique qui les amène à moduler la lumière ambiante transmise ou réfléchie - le plus souvent en liaison avec un système polariseur croisé avec un contraste et une luminosité variant proportionnellement au niveau de l'éclairage incident. L'affichage correspondant 2 requiert peu d'énergie (de 50 à 200 FW/cm2 de surface diffusante pour atteindre le contraste maximal), mais il varie en fonction de l'éclairage ambiant, en étant inopérant dans ltobscurité et peu contrasté dans la pénombre. I1 faut donc un dispositif distinct pour permettre la lecture de l'heure dans les conditions normales défavorables.On utilise à cette fin une microlampe électrique à incandescence ou à luminescence fournissant, sur appel d'un bouton, le complément de lumière nécessaire. Dans le cas d'une montre, le supplément très notable de consommation qui en résulte réduit l'autonomie de la pile et contraint à utiliser des piles à fort débit dont l'étanchéité peut difficilement être garantie. La visualisation par diodes électroluminescentes est caractérisée au contraire par une luminance effective quand un courant prédéterminé les traverse et qui diffère avec la nature du matériau qui les constitue. Malheureusement, cet avantage est lié à une -consommation électrique relativement importante, jusqu'à présent inconciliable avec les sources d'énergie disponibles dans les montres pour assurer un affichage constant de l'heure pendant une longue période (de préférence 1 an) et offrir ainsi au client un instrument qui, par rapport aux montres électriques à aiguilles, est compétitif sur le plan de l'énergie. C'est pourquoi les montresbracelets électroniques de la technique antérieure, même les plus récentes, qututilisent l'affichage par diodes électroluminescentes indiquent l'heure à la demande. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de ces deux modes d'affichage, en utilisant les propriétés avantageuses des diodes électroluminescentes d'une manière appropriée à l'indication constante de l'heure pendant une longue période. Le procédé d'affichage de l'heure conforme à l'invention utilise les diodes électroluminescentes et est caractérisé en ce qu'il consiste à faire un affichage analogique de l'heure en disposant les diodes en au moins deux couronnes et en excitant sélectivement certaines d'entre elles pour simuler les aiguilles dtindication de l'heure. Cette caractéristique fondamentale de l'invention repose sur les remarques suivantes. L'affichage numérique est grand consommateur d'énergie parce qu'il implique l'alimentation simultanée d'un grand nombre de diodes. Par exemple, avec le format à sept barres, la représentation de "00.00" (minuit) met en jeu 24 barres, donc 24 diodes, et celle de "9.25", 16 diodes. Le nombre minimal correspond à "1.11", avec 6 diodes; le format matriciel, dont chaque barre est représentée par plusieurs diodes ponctuelles, implique nécessairement une plus grande dépense d'énergie. Au contraire, l'affichage analogique préconisé par l'invention met en Jeu continuellement 2 ou 3 diodes seulement pour indiquer l'heure et les minutes : une diode de la couronne interne pour symboliser la petite aiguille des heures, et une diode de la couronne externe, associée éventuellement avec la diode radialement correspondante de la couronne interne, pour symboliser la grande aiguille des minutes. La diode des heures peut titre par exemple ponctuelle, celle de la couronne extérieure sous forme d'un segment radial. Dans la suite de la description, on désignera par "bâtonnet" ces deux formes de diodes (ponctuelle, segment). Dans le cas de deux diodes pour symoboliser la grande aiguille, la trotteuse, qui désigne l'aiguille des secondes, peut être symbolisée par une diode de la couronne extérieure.Sous le format de l'invention, la couronne extérieure nécessite 60 batonnets, la couronne intérieure pouvant en comporte moins, mais quatre diodes suffisent au maximum pour indiquer l'heure, les minutes et les secondes, alors que sous format numérique à sept barres, 42 diodes, certes, suffisent, mais 8 à 36 de celles-ci doivent être mises en jeu. D'une manière générale, le passage à l'affichage numérique réduit la consommation dans un rapport de l'ordre de 5. Une autre caractéristique fondamentale de l'invention a pour objectif de minimiser encore plus l'énergie dissipée par les diodes disposées selon le format de l'invention et d'offrir ainsi la possibilité d'un affichage constant de l'heure pendant une longue période, grâce à une réduction de la surface émissive des diodes et à un agrandissement optique de celles-ci. La miniaturisation du cadran et du dispositif électronique d'excitation des diodes réduit non seulement la con sommation (ceci dans unit apxt tre-supérieur à 5), mais permet encore d'accroître d'autant le volume prévu pour la source d'énergie dans une montre et, par conséquenf, d'augmenter la durée de fonctionnement de la montre avec une même source d'énergie. Le procédé de l'invention a pour corollaire un appareil, du type comprenant un cadran, des diodes électroluminescentes sur le cadran, un dispositif d'excitation sélective des diodes, une source d'énergie électrique, et une carrure, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes sont respectivement des bâtonnets répartis et au moins deux couronnes sensiblement concentriques. Les caractéristiques et avantages de l'invention resortiront plus clairement de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés. Dans les dessins - la figure 1 illustre un exemple de réalisation d'un cadran d'une montre conforme à l'invention - la figure 2 est une coupe diamétrale illustrant schématiquement les composants d'une montre conforme à l'invention - la figure 3 illustre une variante de réalisation d'un cadran de montre conforme à l'invention ; et - la figure 4 représente sous forme synoptique un dispositif de détermination de l'heure et d'excitation sélective des diodes d'une montreconforme à l'invention. L'appareil pris comme exemple pour la description de l'invention est une montre 10 comme celle décrite à la figure 2. Il est bien entendu que l'invention s'applique à tout appareil d'indication de l'heure. La montre 10 représentée sur la figure 2 comprend une carrure 12 comportant, d'un côté, un verre de protection 14 et, de l'autre côté , un fond 16. La carrure 12 inclut un dispositif électronique 18 de détermination de l'heure, pourvu à sa partie supérieure d'un cadran 20 tel que celui illustré à la figure I et alimenté par une source d'énergie électrique 21. Le cadran 20 est aussi associé à un système optique 23 destiné à agrandir le cadran. En réalité, le dispositif 18 est aussi relié à un bouton de mise à l'heure (non représenté) extérieur à la carrure. Le cadran 20 représenté sur la figure 1 comprend deux couronnes concentriques 22, 24 composées chacune de 60 diodes électroluminescentes 26 représentées à la figure 1 sous forme de segments radiaux. Les points 28 extérieurs à la couronne 26 sont les repères de chacune des heures. Accessoirement, le cadran 20 comporte un affichage numérique 30 de la date, formé de quatre mosaSques à sept segments de cellules électroluminescentes et avantageusement commandé pour être excité pendant une courte période de temps. L'affichage analogique de l'heure au moyen du cadran 20 tel que représenté sur la figure 1 est fait de la manière suivante. La petite aiguille des heures est symbolisée par l'émission d'une diode 24a de la couronne intérieure 24 et la grande aiguille des minutes par l'émission d'une diode 24b de la couronne intérieure et de la diode radialement correspondante 22a de la couronne extérieure 22. La pointe de la trotteuse qui marque les secondes peut être symbolisée par l'émission d'une diode 22b de la couronne extérieure 22. Sur le cadran 20 décrit à la figure 1, on lit 7 heures 47 minutes 5 secondes. L'affichage de l'heure sous cette forme nécessite l'emploi de 60 diodes par couronne, afin de bien représenter l'aiguille des minutes. Ce format a aussi l'avantage de donner à l'aiguille des heures le juste emplacement relatif qu'elle prend ordinairement dans les appareils mécaniques d'indication de l'heure. La figure 1 illustre très bien ce fait, où la petite aiguille se trouve justement placée entre les marques représentatives des chiffres 7 et 8 de tout appareil d'indication de l'heure sous forme analogique. En réalité, la petite aiguille peut prendre cinq positions quand la grande aiguille fait un tour de cadran, ce qui fait changer la diode 24a toutes les 12 minutes. Bien sur l'indication précise de l'heure que donne ce format n'est pas toujours nécessaire, de sorte qu'alors il est possible de réduire le nombre des diodes de la couronne intérieure 24. La figure 3 illustre un exemple de réalisation de l'une des variantes possibles permises par l'invention. Puisque le cadran représenté sur la figure 3 est composé des mêmes éléments que celui de la figure 1, ceuxci ont été désignés par les mêmes chiffres de référence, à l'exception de la désignation particulière des diodes. La différence de structure entre les deux cadrans réside dans leur couronne intérieure 24, qui est composée de 36 diodes seulement, uniformément réparties sur la circonférence. Selon une autre variante de l'invention, ces diodes sont ponctuelles. Cette différence de structure implique un autre mode d'affichage, étant donné que l'aiguille des minutes ne peut plus être alors représentée par une diode de la couronne extérieure jointe à une diode de la couronne intérieure. Par conséquent, l'aiguille des heures sera simulée par l'émission d'une diode 24c de la couronne intérieure et l'aiguille des minutes par l'émission d'une diode 22c de la couronne extérieure.Ce format ne permet plus l'indication des secondes. il est à noter qu'il est préférable que la marque des heures avance de plusieurs "pas" intermédiaires (5 dans le cadran de la figure 1, 3 dans celui de la figure 3) en une heure, afin de mieux simuler la marche des aiguilles classiques et d'éviter la confusion de lecture qui résulterait d'un saut horaire unique entre l'affichage, par exemple, de "sept heures cinquante neuf minutes" avec la petite aiguille sur la marque 28 représentative des sept heures et l'affichage de "huit heures" avec la petite aiguille sur la marque des huit heures. Les cadrans 20 représentés sur les figures 1 et 3 pourraient occuper tout ltespace délimité par la carrure de la montre, comme dans les montres ordinaires. Cependant, cela oblige à donner de grandes dimensions aux diodes du cadran, notamment celles de la couronne extérieure. Cela implique une consommation d'autant plus grande de ces diodes, bien que cet affichage analogique n'en utilise que de 2 à 4. En vue de réduire leur consommation, il est possible d'une part de choisir le type des diodes électroluminescentes qui présente le meilleur rendement.Bien que toute diode électroluminescente puisse être utilisée, celles à l'arséniure-phosphure de gallium courammenteqk es présent l'incon- vénient de fournir une lumière rouge-carmin située dans une partie du spectre à laquelle l'oeil est le moins sensible et ayant un effet assez désagréable à la vue. L'invention exploite les avantages des cellules su tellurure de zinc (Zn Te) fournissant une lumière verte de longueur d'onde de 5.500 A, voisine de celle quednient les cadrans radioluminescents des montres à aiguillss,dites "montres de plongée". Pour cette longueur d'onde , l'oeil a une sensibilité dix fois meilleure et provoque moins de fatigue visuelle que les affichages rouges des diodes à l'arséniure-phosphure de gallium, dont la longueur d'onde est approximativement de o 6.500 A. Par conséquent, une sensation lumineuse équivalente pour une même surface photo-émissive peut être obtenue avec une puissance électrique environ dix fois moindre. D'autre part, une autre caractéristique fondamentale de l'invention consiste à minimiser encore la consommation des diodes, en réduisant la surface émissive de celles-ci et en les agrandissant. Cela correspond au cas de la figure 2. Dans cette figure, le cadran 20 a une surface notablement réduite par rapport à celle de la carrure 12. Dans l'exemple illustré, le cadran 20 est miniaturisé de façon à occuper une surface de l'ordre d'une dizaine demillimètrescarrés, comparable à la surface du dispositif électronique 18. Cet ensemble est placé au centre de la carrure. Cette réduction de surface réduit la consommation dans un rapport de l'ordré de 5. L'observation du cadran 20 se fait alors à travers le système optique 23, conçu pour donner de ce cadran une image virtuelle agrandie avec des déformations et aberrations optiques limitées gracie à l'application de principes/connus,utilisant par exemple un système dioptre sphérique fonctionnant dans des conditions voisines de celles de Weierstrass, ou bien une lentille à échelons de Fresnel. La réduction des dimensions du cadran 20 et du dispositif 18 a aussi pour avantage d'augmenter d'autant le volume offeru pour la source d'énergie électrique 21. Dans l'exemple illustré, cet espace représente au moins cinq fois le volume des piles usuellement associé à une montre du même calibre. Cela augmente du même facteur l'autonomie de cette source. En outre, on utilisera avantageusement pour cette source une pile à système électrochimique solide, ne nécessitant pas les séparateurs ni les dispositifs d'étanchéité associés aux piles classiques et qui limitent leur capacité volumique. Enfin, il est encore possible d'accroître l'autonomie des piles, grâce à un allumage périodique à pulsation automatique, par exemple au rythme de la demi-seconde, avec une réduction d'un facteur 2. En résumé, l'exemple de réalisation décrit aux figures 1 à 3 autorise les réductions de consommation dans les rapports suivants : l'emploi des diodes au tellurure de zinc réduit à efficacité égale la consommation dans un rapport 10 ; le passage à l'affichage analogique de l'heure et la minute (avec les trois segments 24a, 24b, 2?a) réduit la consommation dans un rapport 5 relativement à l'affichage numérique ; la miniaturisation de l'afficheur, grâce à l'emploi du système optique 23, réduit encore cette consommation dans un rapport 5 ; et l'allumage périodique d'un facteur 2. Cela donne une réduction totale d'un facteur 500. Par rapport à une montre à affichage numérique par diodes électroluminescentes à l'arséniure-phosphure de gallium qui consomme de façon typique 20mAh sous 3 volts avec l'affichage en fonction, soit 60 milliwatts, la consommation moyenne d'une montre conforme à l'invention devient alors 60/500 = 0,12 milliwatt. Pour 10.000 heures (plus d'un an), cette consommation moyenne implique une capacité de la source 21 de 1.200 milliwatts heures. Or, l'équipement normal d'une montre à affichage électroluminescent est de 2 piles classiques du type bouton, qui fournissent de façon typique 2 x 100mAh sous 1,5 volt , soit 300 milliwatts heures.Le gain obtenu grâce à un volume disponible cinq fois supérieur pour la source 21 de la montre conforme à l'invention porte donc cette capacité à 1.500 milliwatts heures, c'est-à-dire bien au-delà des besoins de la montre pour un fonctionnement continu pendant un an. Ce supplément peut être réservé à l'affichage alphanumérique 30 de la date, produit à la demande du porteur de la montre. Le dispositif 18 peut être de n'importe quel type déJà utilisé, en étant toutefois approprié pour l'excitation sélective des diodes selon l'affichage analogique représenté sur les figures 1 et 3. La figure 4 représente sous forme synoptique le circuit électronique du dispositif 18. À la figure 4, on retrouvera le cadran 20 d'affichage analogique l'afficheur alt ménqle de la date 30.Le circuit électro- nique 18 se compose d'un oscillateur 32 comprenant un amplificateur 34 pourvu d'une boucle de réaction incluant un cristal de quartz taillé en résonateur piézoélectrique maintenant en auto-oscillation l'amplificateur 34, d'un amplificateur 38, d'un diviseur électronique de fréquence 40 réalisé en circuit intégré par les procédés connus, ces circuits comportant le circuit actif d'auto-entretien précité, d'un compteur des heures, des minutes et des secondes 42 destiné à exciter sélectivement les diodes du cadran 20, et d'un compteur auxiliaire 44 destiné à fournir à la demande les signaux du calendrier à affichage alpha-numérique 30 selon les techniques connues. Cet ensemble de compteurs peut être intégré avec le diviseur et le système d'entretien, ou bien constituer un ensemble distinct. On notera encore que l'on pourrait faire ressortir l'affichage analogique conforme à l'invention, en différenciant les couleurs d'émission des diodes des couronnes utilisées. Enfin, il est évident que le nombre de couronnes n'est pas limité aux deux mises en oeuvre dans les exemples décrits et illustrés. Par exemple, une troisième couronne intérieure ou extérieure pourrait être ajoutée au cadran 20 représenté sur la figure 3 pour l'indication des secondes. La couronne supplémentaire intérieure pourrait être excentrée par rapport aux deux autres et de beaucoup plus faible diamètre, comme dans les montres mécaniques ou électriques dont la trotteuse, de petite longueur, balaie une surface circulaire extérieure au centre de la montre. C'est dire, d'une manière plus générale, que l'invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation décrits et illustrés, mais comprend au contraire tous les équivalents des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. RFXFNDICATIONS 1. Procédé d'affichage de l'heure par diodes électroluminescentes, du type comprenant l'affichage analogique de l'heure en disposant les diodes en au moins deux couronnes sensiblement concentriques et en excitant sélectivement certaines de ces diodes pour simuler les aiguilles d'indication de l'heure, caractérisé en ce qu'il consiste à donner de petites dimensions à la surface émissive des diodes et à les agrandir optiquement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser l'espace offert par la réduction du cadran pour accroître l'énergie électrique disponible pour ledit affichage. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des couronnes se compose de soixante diodes électroluminescentes. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à représenter l'aiguille des heures par l'émission d'une diode de la couronne intérieure et l'aiguille des minutes par l'émission d'une diode de la couronne extérieure. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à représenter l'aiguille des heures par l'émis- sion d'une diode de la couronne intérieure et l'aiguille des minutes par l'émission d'une diode de la couronne extérieure et de la diode radialement correspondante de la couronne inté rieure. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à représenter l'aiguille des secondes par lté- mission d'une diode de la couronne extérieure. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir les diodes de la couronne intérieure simulant les heures en un nombre multiple de 12, au moins égal à 24. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter une couronne intérieure excentrée de diodes électroluminescentes pour l'indication des secondes. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des diodes de haut rendement énergétique émettant un rayonnement auquel l'oeil a une bonne sensibilité. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un allumage périodique automatique des diodes. 11. Appareil mettant en oeuvre le procédé défini par l'une des revendications précédentes, du type comprenant un cadran, des diodes électroluminescentes formées par des bâton- nets répartis sur le cadran en au moins deux couronnes sensiblement concentriques, un dispositif électronique de détermination de l'heure et d'excitation sélective des diodes, une source d'énergie électrique, et une carrure, caractérisé en ce que le cadran a de très faibles dimensions radiales par rapport à la carrure et en ce que ledit appareil comporte un système optique conçu pour agrandir le cadran. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le système optique satisfait pratiquement aux conditions de Weierstrass. 13. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le système optique est une lentille à échelons de Fresnel. 14. Appareil selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le cadran et le dispositif électronique précités forment un ensemble de très faibles dimensions radiales disposé au centre de la carrure, et en ce que la source d'énergie électrique occupe l'espace délimité radialement par ledit ensemble et la carrure. 15. Appareil selon l'une des revendications Il à 14, caractérisé en ce que les diodes sont à base de Tellurure de zinc. 16. Appareil selon l'une des revendications 91 à 15, caractérisé en ce que le cadran comporte une couronne excentrée de diodes électroluminescentes. 17. Appareil selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le cadran comporte un moyen d'affichage numérique de la date sur commande de l'opérateur.