Ultra-Low-Power-Systeme Licht lässt Display laufen

Durch den konsequenten Einsatz geeigneter Low-Power-Komponenten wie LCDs mit Pixelspeicher oder stromsparende Mikrocontroller lassen sich energieautarke Lösungen für portable Applikationen entwickeln, die ihren Strombedarf aus Minisolarzellen decken. Da deren Ertrag in der Praxis mit dem Lichteinfall stark schwankt, benötigen solche Applikationen einen Energiezwischenspeicher – natürlich ebenfalls im Miniaturformat.

Die Idee einer internationalen Unternehmensberatung war ambitioniert: Ein kleiner, exklusiver Teil der Auflage eines Kundenmagazins zum Thema Nachhaltigkeit sollte, im Cover integriert, ein elektronisches Inhaltsverzeichnis zeigen – aufgebaut als energieautarke Lösung, die unter normalen Raum- und Bürolichtbedingungen funktioniert, um dem Gedanken der Nachhaltigkeit gerecht zu werden. Zudem gab es besondere ästhetische und funktionale Anforderungen. Um trotz der Elektronik den Heftcharakter des Magazins zu erhalten, war die maximale Bauhöhe der Lösung auf 2,5 mm beschränkt. Darüber hinaus war ein dualer Nutzen gefordert, der sicherstellt, dass sich der Empfänger auch langfristig immer wieder mit dem Magazin beschäftigt.

Display auf dem Cover

Mit seiner »Memory LCD«-Technik und einer Palette von Mini-Solarpanels verfügt Sharp über zwei Schlüsselkomponenten für den Aufbau einer solchen energieautarken Lösung. Bei den Memory-LCDs (Bild 1) handelt es sich um einen neuartigen Displaytyp auf Basis der »Continuous Grain Silicon«-Technik des Herstellers. Dank dieses speziellen Beschichtungsverfahrens entstehen auf dem Displayglas im Vergleich zum amorphen Silizium große, kristalline Siliziumdomänen, die in ihren physikalischen Eigenschaften monokristallinem Silizium sehr ähnlich sind. Dadurch lassen sich relativ komplexe, feingliedrige Schaltkreise direkt auf dem Displayglas integrieren, auch für Zusatzfunktionen.

Im Falle der Memory-LCDs ist jedes Pixel mit einem eigenen Speicher von 1 Bit ausgestattet, in dem der Pixelzustand und somit die Bildinformation gespeichert ist. Daher muss die Bildinformation nur für die Pixel neu geschrieben werden, bei denen der Inhalt sich im Vergleich zum vorherigen Bildframe geändert hat. Weil die Memory-LCDs als reflektive Typen zudem ohne Hintergrundbeleuchtung auskommen, verbrauchen sie insgesamt nur 0,8% des Strombedarfs herkömmlicher Displays gleicher Größe. Das für das elektronische Inhaltsverzeichnis eingesetzte 2,7-Zoll-Display vom Typ »LS027B4DH01« hat eine Leistungsaufnahme von 50 μW bei konstanter Bildanzeige beziehungsweise 175 μW bei einem Bildwechsel pro Sekunde. Das Display selbst ist 1,53 mm dick und erfüllt so die Spezifikation hinsichtlich der maximalen Bauhöhe.