Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum pixelindividuellen
Färbern und / oder Entfärben bei einer aus elektrochromen Pixeln
aufgebauten Anzeigeeinrichtung.
Solche elektrochrome Pixel beziehungsweise Zellen basieren
auf der chemischen Oxidation beziehungsweise Reduktion von
elektrochromen Materialien, die je nach chemischem Zustand
ihre Farbe ändern. Die Oxidation beziehungsweise Reduktion
kann durch einen Stromfluss durch die Zelle gesteuert werden,
wobei die Farbänderung ähnlich dem Auf- beziehungsweise Entladen
eines Kondensators erfolgt.
Die Ansteuerung der Pixel in der Anzeigeeinrichtung erfolgt
beispielsweise durch eine Passivmatrix-Ansteuerung, wobei
sich das elektrochrome Material zwischen zwei Elektroden befindet.
Bei der (Passivmatrix-) Ansteuerung verliert das elektrochrome
Material in den Zeiten, in denen die Pixel nicht
angesteuert werden, etwas an der zuvor erzielten Verfärbung
und es verlängert sich somit die Zeitdauer bis ein gewünschter
Verfärbungsgrad erreicht wird.
Eine Ansteuerung mit einer Aktivmatrix hat Kostennachteile.
In der Figur 1 ist zur Erläuterung ein Verfärbungs-Ladungsdiagramm
elektrochromer Zellen oder Pixel dargestellt.
Das selbsterklärende Diagramm zeigt eine Kenlinie K für die
Abhängigkeit einer Farbe F des Pixels von der gespeicherten
Ladung Q. Hierbei ist das elektrochrome Material in einer
Passivmatrix zwischen einer Sichtelektrode SE und einer Rückelektrode
RE angeordnet, wobei die Elektroden SE RE die von
der Polarität der gespeicherten Ladung Q abhängige Farbe F
aufweisen. Momentan gebräuchliche Farbkombinationen sind
gelb-blau, gelb-rot oder blau zu weiss.
Diese elektrochromen Zellen sind metastabil d.h. der zuletzt
erreichte Zustand wird über einen längeren Zeitraum beibehalten.
Innerhalb des Ladungsbereiches einer Zelle ist nur ein
bestimmter Bereich NB nutzbar, der durch die Nulllinie und
einen Maximalwert Qmax für die Ladung Q bestimmt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die vorstehend beschriebenen
Probleme zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine erheblich
schnellere Bilddarstellungen, da die Pixel nicht von Grund
auf geladen werden müssen.
Es ermöglicht eine variable Schaltgeschwindigkeit je nach den
Erfordernissen des Bildinhaltes auf Kosten der Metastabilität,
sowie eine variable Metastabilität je nach den Erfordernissen
des Bildinhaltes auf Kosten der Geschwindigkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss zumindest für den
Löschvorgang der Ladungszustand der einzelnen Bildpunkte beziehungsweise
Bildpixel nicht mehr überwacht werden. Daraus
resultieren eine geringere Rechenleistung und ein geringerer
Speicherbedarf. Weiter findet keine Nullpunktdrift mehr
statt.
Weiter können alle Pixel in einem Display gleichzeitig gelöscht
werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Dabei
zeigen:
- Figur 1:
- ein Verfärbungs-Ladungsdiagramm eines elektrochromen
Pixels,
- Figur 2:
- ein mögliches Ersatzschaltbild eines elektrochromen
Pixels,
- Figur 3:
- eine mögliche Strom-Spannungskennlinie eines elektrochromen
Pixels,
- Figur 4:
- eine erfindungsgemäße Entladekurve eines elektrochromen
Pixels,
- Figur 5:
- eine erfindungsgemäße Entladekurve eines überlöschten
elektrochromen Pixels, und
- Figur 6:
- eine erfindungsgemäße Entladekurve mit Wechselspannung.
Eine für elektrochrome Zellen typische Verfärbungs- / Spannungskennlinie
ist in Figur 2 dargestellt. Für einen hohen
Kontrastumfang kann als Begrenzung der Arbeitskennlinie beziehungsweise
eines Arbeitsbereiches praktisch der Nullpunkt
auf der einen Seite und ein Spannungswert Umax auf der anderen
Seite gewählt werden. Durch die Ladungsmengenunterschiede
zwischen diesen beiden Werten wird eine hohe Metastabilität
erreicht. Als Arbeitsbereich soll hierbei sinngemäß der Spannungsbereich
auf der Arbeitskennlinie verstanden werden, der
zwischen einem Zustand des Pixels mit angezeigtem Inhalt beziehungsweise
Farbe und einem Zustand ohne Inhalt liegt.
Für eine höhere Schaltgeschwindigkeit wird erfindungsgemäß
ein - eingeschränkter - Arbeitsbereich zwischen einem Gleichspannungswert
Ue und dem Spannungswert Umax gewählt. Der
Spannungswert Ue liegt dabei knapp unterhalb einer Aktivierungsspannung
Uf, die von den verwendeten Materialien und
chemischen Potentialen Uchem (siehe hierzu Figur 3) einer elektrochromen
Zelle abhängig ist. Der nutzbare Kontrastumfang
reduziert sich dabei geringfügig und die notwendige Ladungsmenge
zum Umschalten reduziert sich deutlich.
Zur näheren Erklärung ist in Figur 3 ein vereinfachtes elektrisches
Ersatzschaltbild angegeben. Dabei wird angenommen,
dass das Pixel näherungsweise durch zwei antiparallele Dioden
mit einem nachgeschalteten Kondensator Cchem beschrieben werden
kann. An den nicht näher bezeichneten Dioden fällt die
Aktivierungsspannung Uf (siehe auch Figur 2) ab, und an dem
Kondensator Cchem eine Ladespannung Uchem.
Aus einer Matrixanordnung dieser elektrochromen Zellen beziehungsweise
Pixel kann ein Display beziehungsweise eine Anzeigeeinrichtung
aufgebaut werden. Dabei muß die Ansteuerspannung
oder Ansteuerungszeit für ein neues Bild die aktuelle
Bildinformation berücksichtigen. Die Ansteuerung schreibt pro
Pixel dabei die Differenz von anzuzeigendem Inhalt und gerade
angezeigtem Inhalt beziehungsweise gespeicherter Ladung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum pixelindividuellen
Färben und / oder Entfärben werden die Pixel oder Zellen mit
einer Vorspannung Ue (entspricht dem Spannungswert Ue in Figur
2) mit einem Wert knapp unterhalb der Aktivierungsspannung
Uf dauerhaft angesteuert. Zum Entfärben beziehungsweise
Löschen der Pixel weist die Vorspannung Ue ein negatives Vorzeichen
in Bezug zu der in der Zelle enthaltenen Ladung auf.
Erst bei Bedarf wird beim Färben der Pixel die Ansteuerspannung
auf einen Wert über der Aktivierungsspannung Uf gebracht.
Dadurch reduziert sich im dynamischen Betrieb die in
die Zelle zu bringende Ladungsmenge.
Für das erfindungsgemäße Verfahren gibt es zwei Ausgestaltungen:
a) Die Ansteuerspannung wird in zwei Spannungswerte (beziehungsweise
in zwei Arbeitsbereiche) aufgeteilt, wovon eine
unterhalb der Aktivierungsspannung Uf liegt. Mit dieser
Gleichspannung beziehungsweise Vorspannung Ue werden alle Pixel
vorgeladen und es stellt sich ein Ruhezustand ein, bei
dem die Pixel, trotz der eingebrachten Ladung, noch keine
Farbe aufweisen. Für den Bildaufbau werden die gewünschten
Pixel mit einer höheren Spannung (über der Aktivierungsspannung
Uf) angesteuert und es erfolgt eine Färbung. b) Durch Kenntnis der Auf- und Entladeeigenschaften des elektrochromen
Materials kann das Display durch Pulse mit einem
Spannungswert etwas oberhalb der Aktivierungsspannung Uf
derart angesteuert werden, so dass alle Pixel eine Aufladung
bis kurz unterhalb der Verfärbungsschwelle erfahren. Dabei
wird die Trägheit der Pixel ausgenützt, so dass auch bei einem
Spannungspuls mit einem Wert über der Aktivierungsspannung
Uf noch nicht genügend Ladung für eine Farbveränderung
in die Zelle transportiert wurde. Die gewünschten Pixel werden
nun durch weitere Ansteuerungen über die Verfärbungsschwelle
gebracht. Die weitere Ansteuerung kann dabei auch
durch Impulse oder durch eine Gleichspannung erfolgen.
Die Entfärbung beziehungsweise das Löschen eines Pixels geschieht
durch Ladungsentzug. Dabei wird eine zur in der Zelle
gespeicherten Ladung Q entgegengesetzte Spannung angelegt.
Auch hierbei muss die vor dem Entfärben in dem Pixel gespeicherte
Ladungsmenge Q bekannt sein. Ein Übersprechen zwischen
den Pixeln, die Temperatur, die verwendeten Materialien und
deren Alterung haben einen dynamischen Einfluss auf die Ladungsmenge.
Die Bestimmung der Ladungsmenge pro Pixel ist
sehr komplex. Ungenauigkeiten äußern sich in einem langfristigen
Verschieben des Verfärbungsbereiches pro Pixel (Zelle)
und in Inhomogenitäten.
Erfindungsgemäß wird zum Löschen der Zellen beziehungsweise
der Pixel, wie in Figur 4 anhand einer Entladekurve dargestellt,
eine Gleich- beziehungsweise Löschspannung Ue verwendet.
Dabei liegt der Wert der Löschspannung Ue knapp unterhalb
der Aktivierungsspannung Uf (siehe Figuren 2 und 3) wodurch
näherungsweise die Flussspannung der Dioden kompensiert
wird. Ein nicht geladenes Pixel wird dadurch nicht beeinflusst,
d. h. es fließt kein Strom. Bei einem geladenen Pixel
addieren sich die extern angelegte Gleichspannung beziehungsweise
Löschspannung Ue zur internen chemischen Spannung Uchem,
die Aktivierungsspannung Uf wird überschritten und ein
Strom zum Löschen des Pixels fließt. Die wirksame Entladespannung
ist durch die Spannungsbereich zwischen -Ue und -
Ue+Uf gegeben. Dieser Bereich ist in der Figur 4 (und auch in
den Figuren 5 und 6) schraffiert dargestellt.
Weiter wird bei einer Ausgestaltung der Erfindung die Löschspannung
periodisch umgepolt, wie in Figur 5 anhand einer
Entladekurve für überlöschte Pixel dargestellt. Hierdurch
können auch sogenannte überlöschte Bildpixel in einen definierten,
entladenen Zustand gebracht werden. Die Geschwindigkeit
des Umpolens kann je nach Material unterschiedliche optimale
Werte aufweisen. Auch hier ist die wirksame Entladespannung
durch den Spannungsbereich zwischen -Ue und -Ue+Uf
gegeben. Dieser Bereich ist in der Figur 5 wiederum schraffiert
dargestellt.
Für diesen Umpolungsvorgang kann auch eine niederfrequente
Wechselspannung verwendet werden, wie in Figur 6 anhand einer
Entladekurve mit Wechselspannung dargestellt. In diesem Fall
kann man alle Pixel eines Displays mit demselben Signal löschen,
unabhängig von deren ursprünglichen Ladungszustand.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
das Umpolen der Löschspannung beziehungsweise die Wechsel-Löschspannung
mit einem vorhergehenden aktiven Löschimpuls
kombiniert werden.
Der aktive Löschimpuls mit einer Spannung grösser als die Aktivierungsspannung
Uf bewirkt ein sehr schnelles, aber ungenaues
Löschen. Danach können alle entladenen Pixel über eine
längere Zeitspanne mit der periodisch umgepolten Gleichspannung
Ue (mit einem Wert knapp unterhalb der Aktivierungsspannung
Uf) - weiter gelöscht werden. Dies kann beispielsweise
während darauffolgender Refresh-Zyklen verfolgen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden während der Anzeige
von Texten oder sonstigen Bildinhalten auftretende
Schattierungen durch unterschiedliche Restladungen der einzelnen
Pixel des Hintergrundes beseitigt.