Energiesparpotenziale in der LCD-Technologie, Teil 4 Jedes Pixel hat einen Speicher von einem Bit

Für statische Bildinformationen eignen sich Memory LCDs: Diese Art Displays basieren auf dem Continuous-Grain-Silicon-Verfahren. Jedes Pixel verfügt über einen Speicher von einem Bit und auf eine Hintergrundbeleuchtung kann verzichtet werden.

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Ein Display, dessen Bildinhalt sich nur dann ändert, wenn der Bildinhalt neu geschrieben werden muss, benötigt weniger Strom. Ein solcher technischer Ansatz ist zwar für Bildschirme zur Darstellung von Bewegtbildern, wie Fernseher oder Mediaplayer, nicht geeignet. Aber überall dort, wo ein weitgehend statischer Inhalt vergleichsweise lange gezeigt werden soll, birgt dieser technische Ansatz ein substanzielles Potenzial, Energie zu sparen. Zwei unterschiedliche Technologien stehen zur Verfügung, ein solches Konzept zu realisieren.

Bereits 2006 haben Sharp und andere Unternehmen erstmals so genannte bistabile Displays vorgestellt. Sie basieren auf einem besonderen Typ von Flüssigkristallen, den so genannten cholesterischen LCs. Im Gegensatz zu nematischem LC-Material besitzen cholesterische LCs eine helikale Struktur und verfügen über die beiden stabile Zustände planar und fokal konisch, die einen Hell-Dunkel-Kontrast erzeugen. Beide Zustände lassen sich ohne permanente Stromzufuhr erhalten, so dass ein monochromes Bild ohne Ansteuerung dargestellt werden kann.

Den Pixelzustand speichern spart Strom

Von diesen bistabilen unterscheidet sich die Art von Memory LCDs grundlegend, die Sharp erstmals 2009 vorgestellt hat. Basierend auf dem patentierten Continuous-Grain-Silicon-Verfahren ist es gelungen, einen Displaytyp zu entwickeln, bei dem jedes Pixel mit einem 1-Bit-Speicher ausgestattet ist, der den Pixelzustand speichert. Daher muss die Bildinformation nur in den Pixeln neu geschrieben werden, bei denen der Inhalt sich im Vergleich zum vorherigen Bildframe geändert hat.

Als reflektive Displays benötigen Memory LCDs keine Hintergrundbeleuchtung. Zusammen hat das den Effekt, dass Memory LCDs nur 0,8% des Strombedarfs im Vergleich zu herkömmlich Displays gleicher Größe haben. 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.

Vergleich Memory LCD vs. Standard LCD

Zudem beansprucht das Backlight einen guten Teil der Leistungsaufnahme. Dadurch haben Standard-LCDs einen Stromverbrauch, der etwa 130 Mal höher ist als der bei den entwickelten Memory LCDs. Ein Memory LCD mit einer Diagonalen von 1,35" verbraucht im Betrieb 15 µW, während ein Standard LCD von vergleichbarer Größe etwa 2 mW benötigt, um ein Bild anzuzeigen.

Dank dieses Energieverbrauchs eignen sind Memory LCDs für energieautarke Low-Power-Applikationen, also in Geräten die keine externe Stromquelle oder Ladegeräte benötigen. Denn im Prinzip lassen sich Display und Low-Power-Ansteuerung direkt mit Minisolarzellen versorgen.

Für energieautarke Anwendungen

Je nach Kapazität liefern diese eine Leistung von bis zu 300 mW bei einer Fläche von nur 27,7 cm². Inzwischen hat Sharp eine ganze Serie dieser Low-Power-Displays auf den Markt gebracht mit Diagonalen von 1.35, 2.7, 2.94 und 6.02". Doch selbst die Variante mit 6,02" benötigt 3,5 mW Strom bei einer Bildfrequenz von 1 Hz. Die Displays eignen sich daher für kleine tragbare Geräte wie E-Books, Armbanduhren, Pulsmesser oder Regalbeschriftungen. Solche Systeme können mit Solarzellen als Stromquelle sogar als energieautarke Anwendungen ausgelegt werden.

Lesen Sie im letzten Teil unserer Serie, wie eine energieeffiziente LCD-Produktion dazu beiträgt, die Gesamtenergiebilanz von Flüssigkristallbildschirmen zu verbessern.

*Sven Johannsen ist Business Development Manager bei Sharp in Hamburg.

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