Gemeinsames Projekt von Sharp und Arrow Energieautarkes Display-System kommt ohne Strom aus der Steckdose aus

Die Akkuzelle vom Typ Thinenergy MEC 101 (rechts unten auf der Platine) speichert Strom für den Betrieb bei schlechten Lichtverhältnissen.

Dass energieautarke Display-Systeme für tragbare Anwendungen grundsätzlich möglich sind, zeigen Sharp und Arrow mit dem gemeinsam entwickelten Solar Reader: Dabei liefern Mini-Solarpanels den Strom für den Betrieb eines 2,7 Zoll großen Memory-LCDs. Als Energiezwischenspeicher dienen die Thinenergy Zellen von Infinite Power Solutions.

»Der Anlass uns mit der Entwicklung eines Solar Readers zu beschäftigen, war ein Projekt, bei dem wir ein elektronisches Inhaltsverzeichnis für eine hochwertige Kundenzeitschrift einer Unternehmensberatung realisieren sollten«, erklärt Sven Johannsen, Business Development Manager bei Sharp Microelectronics Europe. Im Prinzip war den Projektpartnern Sharp und Arrow schnell klar, wie die Lösung grundsätzlich aussehen soll: ein Memory-LCD gespeist aus Mini-Solar-Panels. Im Detail verlangen die Anforderungen aber den Beteiligten aber einige Kreativität ab: Denn das System muss energieautark arbeiten, muss auch bei diffusen Lichtverhältnissen funktionieren und darf nicht höher als 2,5 Millimeter sein. Dabei soll das Display auch noch möglichst hochwertig aussehen. Mit der Memory-LCD-Technologie und einer Serie an Mini-Solarpanels verfügt Sharp bereits über zwei Schlüsselkomponenten, die prädestiniert dafür sind, energieautarke Systeme aufzubauen. Damit das System auch wirklich sparsam arbeitet, ist zudem ein Prozessor nötig, der nur äußerst wenig Strom verbrauchen darf. Die Entscheidung der Projektpartner fiel auf den LPC1114 von NXP. Laut Patrick Delmer, Supplier Business Manager bei Arrow, zählt er zu den sparsamsten Prozessoren, die derzeit am Markt sind: »Als Steuerkomponente für das elektronische Inhaltsverzeichnis benötigt er gerade mal 500 µW bei einer Taktung von bis zu 50 MHz. Zum Vergleich: herkömmliche PC Prozessoren benötigen mit ca. 10 bis 30 mW pro Megahertz das 20 bis 60fache.« Insgesamt kommt der Solar Reder auf einen Stromverbrauch, der seinesgleichen sucht: Im Slideshowmodus zur Anzeige des Inhaltsverzeichnisses benötigt das System lediglich 1170 µW und im Uhrzeitmodus sogar nur 174 µW.

Stromsparwunder »Memory LCDs« 

Dass das Display-System insgesamt derart wenig Strom verbraucht, dafür sorgt nicht zuletzt dessen Herzstück: das 2,7 Zoll Memory LCD (LS027B4DH01) von Sharp. Es benötigt lediglich 50 µW bei konstanter Bildanzeige und nur 175 µW bei einer Bildwechselrate von einem Herz. »Das Display ist nur 1,53 mm dick, also wie geschaffen für die Anwendung«, so Johannsen. Es verbraucht nur 5 Volt Versorgungsspannung und lässt sich deshalb - zumindest weitgehend - mit Strom aus Mini-Solarpanels betreiben.

Die Memory LCDs basieren auf der proprietären Continuous Grain Silicon Technologie des Display-Herstellers. Dabei handelt es sich um ein spezielles Beschichtungsverfahren entste-hen auf dem Displayglas im Vergleich zum amorphen Silizium große, kristalline Siliziumdo-mänen, die in ihren physikalischen Eigenschaften monokristallinem Silizium sehr ähnlich sind. »Dadurch lassen sich relativ komplexe, feingliedrige Schaltkreise direkt auf dem Displayglas integrieren, so dass zusätzliche Funktionalitäten direkt auf dem Displayglas untergebracht werden können«, beschreibt Johannsen. Im Falle der Memory LCDs ist jedes Pixel mit einem eigenen Speicher von 1 Bit ausgestattet, in dem der Pixelzustand und somit die Bildinforma-tion gespeichert ist. Daher muss die Bildinformation nur in den Pixeln neu geschrieben werden, bei denen der Inhalt sich im Vergleich zum vorherigen Bildframe geändert hat. Als re-flektive Displays benötigen Memory LCDs außerdem keine Hintergrundbeleuchtung. Im Vergleich zu herkömmlich Displays gleicher Größe haben Memory LCDs laut Johannsen nur 0,8 Prozent von deren Strombedarf: »Denn bei herkömmlichen transmissiven LC Displays müssen Mikrokontroller den kompletten Bildschirminhalt von Frame zu Frame mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 60 Hz neu schreiben, obwohl der Großteil des Bildinhalts derselbe bleibt. Zudem beansprucht das Backlight einen guten Teil der Leistungsaufnahme.«