Dank einfacher Ansteuerung leicht integrierbar Display mit Leistungsaufnahme »Null«

E-Paper von SPI: Der Hersteller hat in einem Chip die Ablaufsteuerung der Kurvenform und das Host-Interface als SPI integriert, so dass sich das EPD-Modul auch mit den einfachsten Mikrocontrollern ansteuern lässt.

Die E-Paper-Technologie ermöglicht sehr energiesparende Anzeigen. »Der Hersteller PDI hat dabei aber nicht nur den Anspruch, mit minimaler Energie auszukommen, sondern macht gleichzeitig die Ansteuerung für den Anwender so einfach wie möglich«, erklärt Rudolf Sosnowsky, Leiter Marketing und Technik bei Hy-Line Computer.

Viele Entwickler stehen vor einer Herausforderung: Erstens soll ihr Gerät mit der zur Verfügung stehenden Energie möglichst ökonomisch umgehen, weil das die Gesetzgebung fordert oder weil aus Solarzellen und Batterien nur begrenzte Energie zur Verfügung steht. Und zweitens soll das Gerät auf einem Blick erkennen lassen, in welchem Zustand es sich befindet, um zum Beispiel Fehler zu signalisieren oder Messdaten anzeigen, beispielsweise die umgesetzte Leistung in einem Photovoltaik-Inverter. »Herkömmliche Indikatoren müssen dazu permanent mit Leistung versorgt werden, um die Information anzuzeigen oder um den aktuellen Status und dessen Historie nicht zu vergessen, z. B.der Fall bei Verbrauchszählern«, gibt Sosnowsky zu bedenken. Eine an der Anzeigekomplexität gemessene niedrige Leistungsaufnahme haben niedrig gemultiplexte LCD TN-Displays in Verbindung mit einem extrem stromsparenden Mikrocontroller. »Mit einer einzelnen Lithium-Zelle lassen sich oft Betriebsdauern erreichen, die in Jahren gemessen werden«, so Sosnowsky. Gar keine Leistung zur Darstellung eines aktuellen Zustands hingegen verbrauchen elektronische bistabile Anzeigen, die auf der Verlagerung eines eingefärbten Mediums beruhen.

Auf diesem Prinzip beruht die E-Paper-Technik, die verschiedenen Herstellern in leicht unterschiedlicher Technologie anbieten. Ein Vorreiter auf diesem Gebiet ist das Unternehmen E-ink, das einige Patente für die Anzeige-Konstruktion hält. E-Ink stellt die bildgebende Folie her, aus der andere Unternehmen ein fertiges Display bauen. Die Folie enthält die Schlüssel-Technologie der E-Paper-Technik. In einer mit einer durchsichtigen Flüssigkeit gefüllten Kapsel befinden sich schwarze und weiße Pigmente, die unterschiedlich elektrisch geladen sind. Legt man an diese ein elektrisches Feld an, orientieren sich die unterschiedlich geladenen Pigmente entsprechend ihrer Polarität. Damit differenziert das Display helle und dunkle Segmente. Auch nach Entfernen des Feldes verbleiben die Pigmente dank der Viskosität der Flüssigkeit in der zuvor eingenommenen Position, sind also bistabil. Für eine Änderung der Position und des anzeigten Inhalts muss wieder ein elektrisches Feld angelegt werden. Innerhalb einer Kapsel können sich Pigmente unterschiedlich ausrichten, so dass sich eine sehr hohe Auflösung erzielen lässt, die nicht von den Abmessungen der einzelnen Kapseln vorgegeben wird.

Von der Folie zum Display: Die Ansteuerung macht den Unterschied

Der Unterschied zwischen den E-Paper-Technolgien liegt in der Ansteuerung um die Folie herum. Zur Ansteuerung gehören die Elektroden, die für das elektrische Feld sorgen, und die Elektronik, die die Spannungen in korrekter zeitlicher Abfolge anlegt, um den Displayinhalt definiert zu ändern. »Das Feld baut sich zwischen dem TFT-Substrat, das zumeist auf Glas aufgebaut ist, und der Frontelektrode, die in der E-ink-Folie integriert ist, auf. Die Treiber-ICs legen die zur Verlagerung der Pigmente erforderliche Spannung an die Elektroden an, während der Timing-Controller den zeitlichen Ablauf steuert«, beschreibt Sosnowsky das Prinzip.
Eine wesentliche für die Funktion des E-Paper-Moduls (kurz: EPD-Modul) übernimmt der Timing Controller. Der Ablauf der elektrischen Spannung über der Zeit, die Kurvenform, entscheidet über Schaltgeschwindigkeit, Stromaufnahme, Remanenz des Displayinhalts und Genauigkeit eventuell angezeigter Graustufen. Zudem ist die Kurvenform von der Umgebungstemperatur abhängig. »Für eine erfolgreiche Integration muss man deshalb auf das Know-How des Herstellers zurückgreifen«, so Sosnowsky.