Bistabile LCDs halten ihren Zustand ohne Versorgung Spannung weg, Bild bleibt

Die Darstellung von Texten und Bildern erfordert normalerweise die ständige Zufuhr von elektrischer Leistung – obwohl da eigentlich gar nichts „geleistet“ wird. Doch neuerdings geht das auch ohne: Auf „cholesterischen“ LCDs bleibt eine einmal eingeschriebene Information so lange stehen, bis sie überschrieben wird.

Bistabile LCDs halten ihren Zustand ohne Versorgung 

Die Darstellung von Texten und Bildern erfordert normalerweise die ständige Zufuhr von elektrischer Leistung – obwohl da eigentlich gar nichts „geleistet“ wird. Doch neuerdings geht das auch ohne: Auf „cholesterischen“ LCDs bleibt eine einmal eingeschriebene Information so lange stehen, bis sie überschrieben wird.

Immer wieder kommt das vor: Ein in der Forschung für einen bestimmten Zweck gesuchtes Material wird nach eingehender Prüfung verworfen, weil es nicht den gestellten Anforderungen entspricht. Es gerät in Vergessenheit, bis ein findiger Kopf die Not zur Tugend macht und die sperrigen Eigenschaften mit Erfolg für eine ganz andere Anwendung nutzt, als ursprünglich beabsichtigt.

So ging das im Bereich der Flüssigkristalle. Von den Tausenden von Substanzen, die inzwischen in diese Kategorie fallen, ist nur ein kleiner Teil für Displays zu gebrauchen. Eine spezielle Art, die zunächst schwer nutzbar schien, sind die „cholesterischen“. Sie haben im Gegensatz zu den normalerweise für LCDs genutzten „nematischen“ zwei stabile Zustände. Wenn man damit ein Display aufbaut, bleibt eine eingeschriebene Bildinformation nach Abschalten der Ansteuerspannung erhalten, bis man sie gezielt überschreibt. Was zunächst nicht gewollt war, gab einer Gruppe von Wissenschaftlern an der Universität von Kent/Ohio Anfang der 1990er Jahre die Idee für ein ganz neues Produkt. In langer Forschungs- und Entwicklungsarbeit gelang es ihnen, die anfängliche Laborkuriosität bis zur Industrietauglichkeit hochzuzüchten. Mit 50 Mio. Dollar Investition gründeten sie die Firma Kent Displays Inc. (www.kentdisplays.com), die mittlerweile die Serienproduktion aufgenommen hat.

Molekülorientierung waagerecht oder senkrecht

Während die üblicherweise verwendeten nematischen Flüssigkristalle nach dem Abschalten der Spannung in ihren Ruhezustand zurückfallen, verbleiben die cholesterischen so stehen, wie sie sind. Der eine Zustand nennt sich „planar“; hier liegen die LC-Moleküle waagerecht (Bild 1a). Einfallendes Umgebungslicht wird reflektiert – bei längeren Wellenlängen stärker als bei kürzeren, woraus eine gelbliche Einfärbung resultiert (Bild 2). Der andere Zustand heißt „focal-conic“, hier stehen die Moleküle senkrecht (Bild 1b). Einfallendes Licht tritt mit geringer Schwächung durch. Bringt man auf der Rückseite der Zelle eine schwarze Fläche an, dann erscheint sie jetzt dunkel.

Zum Wechseln zwischen beiden Zuständen braucht man nur eine geeignete Spannung an die Zelle zu legen. Den Übergang vom planaren in den focal-conic-Zustand löst ein niedriger Spannungspuls von 10 bis 12 V aus. Durch einen Puls mit höherer Spannung (35 bis 40 V) gerät sie zunächst für sehr kurze Zeit in einen „homöotropen“ Zustand (Bild 1c); dieser ist instabil und kippt nach einigen Mikrosekunden in den planaren Zustand zurück. Damit ist ein Zyklus durchlaufen. So lässt sich mit diesem Material ein bistabiles Display aufbauen, das Energiezufuhr nur zum Ändern der dargestellten Information benötigt.

Zunächst dominieren kostengünstige Kleinformate: 128 x 32 Pixel, 1/8 VGA (240 x 160) und 1/4 VGA (320 x 240), wie in Bild 3 zu sehen. Seit kurzem sind aber auch schon größere zu haben: VGA mit 6 Zoll Diagonale und sogar SVGA mit 18 Zoll. Darüber hinaus sind die verschiedensten kundenspezifischen Versionen möglich. Der deutsche Vertrieb läuft über Actron in Parsdorf bei München (www.actron.de).

Geliefert werden sie in Form von kompletten Modulen mit Mikrocontroller und SPI-Schnittstelle. Die Spannungsversorgung ist 3 bis 9 V, ein DC/DC-Wandler sitzt mit auf der Leiterplatte. Die Übertragungsrate ist 250 kbit/s, der Bildspeicher auf dem erweiterten Display-Modul fasst 32 Kbyte. Im Schlafmodus braucht das Modul nur 10 µA, die rein in die Ansteuerelektronik fließen; das Display selbst nimmt, wie gesagt, keinen Strom auf. Entwicklungskits stehen zur Verfügung. Für einen Einsatz bei tiefen Temperaturen können die Module bei Bedarf mit einer Beheizung ausgestattet werden. Kent Displays hat auch Lizenzen an mehrere andere Hersteller vergeben, u.a. an Panasonic, Fujitsu, Kodak und AEG.

Die ChLCDs sind praktisch für Informationsanzeigen, deren Inhalte selten wechseln: etwa Hinweisschilder und Anzeigetafeln in Bahnhöfen, Flughäfen, Banken, Börsen, Hotels. In Geschäften ermöglichen sie Preisschilder, die sich zentral gesteuert ändern lassen. Hier machen sie elektronischem Papier und elektronischer Tinte Konkurrenz. Einen großen Markt erwarten die Kent-Manager auch bei elektronischen Büchern, die nur Erfolg haben können, wenn die Batterien sehr lan-ge durchhalten. Beim „E-Book“ von Panasonic – mit zwei 7-Zoll-XGA-Displays mit 197 dpi Auflösung – reichen zwei Mignonzellen für 10 000 bis 15 000 Seitenänderungen.

Praktisch ist auch eine Anzeige der freien Speicherkapazität bei USB-Sticks oder des Ladestandes von Chipkarten mit Geldspeicherfunk-tion. Schließlich können sie in Maschinensteuerun-gen, etwa Aufzügen, nützlich sein: Bei Stromausfall bleibt der letzte Betriebszustand stehen, daraus lassen sich wertvolle Informationen für die Wartung gewinnen. Die flexiblen Versionen sind vor al-lem für Chipkarten gedacht, die leichte Biegungen viele Male ertragen müssen. Da kann man sich dann auch schon mal unbedacht draufsetzen, ohne dass man hinterher nicht mehr weiß, wieviel Geld man noch ausgeben kann.