Electrowetting-Displays Auch bei Sonneneinstrahlung gut ablesbar

Nicht jede Displayart eignet sich optimal für jeden Zweck. LCDs und OLEDs bewähren sich zwar gut in Fernsehern und Smartphones, nur nicht unter freiem Himmel. Wenn die Sonne brennt, sind reflektive Typen klar im Vorteil. Ein Prinzip mit elektrisch bewegten Flüssigkeitströpfchen könnte gute Chancen haben.

Wer an einem sonnigen Hochsommertag versucht, einem Geldautomaten ein paar Scheine zu entlocken, der kann schnell verzweifeln. Selbst wenn der Bildschirm abgeschattet ist, fällt es immer noch schwer, darauf etwas zu erkennen. Bei den üblicherweise verwendeten LCDs ist die nächstliegende Abhilfe eine verstärkte Hinterleuchtung. Damit verschärfen sich aber die Probleme mit der Wärmeabfuhr.

Überhaupt kein Thema ist das für reflektive Displays. Sie nutzen das Umgebungslicht - je heller, desto höher ist die Ablesbarkeit, genau wie bei Papier. Und sie kommen mit minimaler Betriebsleistung aus. LCDs dieser Art haben allerdings in Großformaten keine Verbreitung gefunden, weil der Hintergrund immer grau ist; sie finden nur in Kleingeräten wie Taschenrechnern Akzeptanz. Zu mehr Erfolg kamen die elektrophoretischen Displays, insbesondere „E-Ink“, weit verbreitet in den E-Readern. Hier befriedigt jedoch nur die Schwarz-auf-Weiß-Darstellung, die Farbwiedergabe überhaupt nicht.

Als überlegen zeigt sich eine neu aufgekommene Art von Displays, genannt „Electrowetting“. Eine kleine verschlossene Kammer ist mit zwei verschiedenen Flüssigkeiten gefüllt, die sich nicht mischen, etwa Wasser und Öl. Die eine von beiden ist mit einem Farbstoff eingefärbt, die andere ist klar. Die Kammer hat auf der Innenseite mehrere Elektroden aus transparentem ITO. Legt man hier geeignete elektrische Spannungen an, dann lassen sich die Flüssigkeiten hin- und herschieben. In der einen Stellung ist die eine (z.B. die eingefärbte) von außen sichtbar, und die andere befindet sich in einem verdeckten Reservoir, in der anderen umgekehrt (s. Elektronik Nr. 4/2011, S. 73). Je nach Zustand zeigt dann ein solches Pixel entweder die Farbe der Flüssigkeit oder die des Zellenhintergrunds, meist weiß. Das lässt sich zum Aufbau von Displays nutzen.

Mittlerweile befassen sich mehrere Firmen mit dieser Technologie, in Deutschland die ADT GmbH in Dortmund (Advanced Display Technology) zusammen mit der Schwesterfirma Liquid In Motion GmbH; beide gehören zu der Schweizer Mutterfirma ADT AG. Wichtige Beiträge zur Entwicklung hat auch das Displaylabor der Hochschule Pforzheim geleistet (Leitung: Prof. Dr. Karlheinz Blankenbach; www.displaylabor.de). Während sich die Displays von fast allen monostabil verhalten (d.h. die Information wird nur so lange angezeigt, wie die Ansteuerspannung anliegt), sind die von ADT bistabil.

Hier bleibt der jeweilige Zustand ohne Energiezufuhr so lange stehen, bis er durch ein neues Signal geändert wird. Da die Ansteuerung analog erfolgt, sind über die Höhe der Spannung auch Zwischenzustände möglich (Bild 1). Ein alternativer Weg zur Graustufenerzeugung ist Pulsweitenmodulation. Dank der Ansprechzeit der Pixel von etwa 10 ms bemerkt das Auge praktisch kein Flimmern.

Die Entwickler haben mittlerweile eine ganze Reihe verschiedener möglicher Anordnungen untersucht, teils lateral (2D), d.h. mit sichtbarer Pixelfläche und Reservoir in derselben Ebene, geeignet für wenige Pixel, teils gestapelt (3D) mit dem Reservoir unterhalb des Pixels, für Matrix-Displays (Bild 2).

Der Kontrast beträgt mehr als 10:1, der Sichtwinkel ist praktisch 180° wie bei Papier, Pixelgrößen zwischen 0,3 und 10 mm sind möglich. Die Ansteuerspannung liegt unter 20 V, so dass übliche Treiberbausteine verwendbar sind.

Die einfachsten Anwendungen sind Einzelpixel mit einigen mm Größe für leistungssparende Zustandsanzeigen von Geräten, etwa als Ersatz für LEDs, oder 8-Segment-Displays für Zifferndarstellung.

Der nächstkomplexere Schritt sind dann Matrixanzeigen; die ersten hatten 10 × 14 Pixel (Bild 3), die größte Version derzeit 85 × 85 Pixel auf einer Fläche von 18 × 18 cm². Zur Ansteuerung genügt hier eine Passiv-Matrix.