EP3529796A1 - Procede de realisation d'un dispositif d'affichage bistable avec microcontroleur basse tension - Google Patents

Procede de realisation d'un dispositif d'affichage bistable avec microcontroleur basse tension

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EP3529796A1
EP3529796A1 EP17794263.8A EP17794263A EP3529796A1 EP 3529796 A1 EP3529796 A1 EP 3529796A1 EP 17794263 A EP17794263 A EP 17794263A EP 3529796 A1 EP3529796 A1 EP 3529796A1
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EP
European Patent Office
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voltage
display
microcontroller
voltages
black
Prior art date
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EP17794263.8A
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EP3529796B1 (fr
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Stéphane TOUVET
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Thales DIS France SAS
Original Assignee
Gemalto SA
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Publication date
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Publication of EP3529796B1 publication Critical patent/EP3529796B1/fr
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    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
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    • G09G3/16—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of a single character by selection from a plurality of characters, or by composing the character by combination of individual elements, e.g. segments using a combination of such display devices for composing words, rows or the like, in a frame with fixed character positions by control of light from an independent source
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    • G09G2310/02—Addressing, scanning or driving the display screen or processing steps related thereto
    • G09G2310/0243—Details of the generation of driving signals
    • G09G2310/0254—Control of polarity reversal in general, other than for liquid crystal displays
    • G—PHYSICS
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    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2310/00—Command of the display device
    • G09G2310/06—Details of flat display driving waveforms
    • G09G2310/068—Application of pulses of alternating polarity prior to the drive pulse in electrophoretic displays

Definitions

  • the invention relates to a method for producing (or manufacturing) a display device for an electrophoretic or bistable type display.
  • the invention relates more particularly to a method and a device for controlling a segmented electrophoretic display.
  • Such displays comprise a layer (or a film) of microcapsules containing colored particles suspended in a fluid or a gas, the same layer being sandwiched between two electrodes:
  • At least one first electrode having the shape of the segment to be displayed
  • a second transparent electrode made by a conductive layer of indium tin oxide (ITO) for example.
  • ITO indium tin oxide
  • Alternative electrodes based on a thin film of carbon nanostructures, silver or copper wires can also be used.
  • the invention also relates to electronic products or devices that use the aforementioned type of display.
  • the display can be used for example, in smart cards, including bank or other types of cards having a thin display area and requiring flexibility, USB keys, watches ...
  • Some display-based smart cards such as dynamic cryptogram cards (CVV) require a bistable electrophoretic display because of the need for permanent display and energy consumption constraints.
  • CVV dynamic cryptogram cards
  • the electrophoretic-type displays require a specific driver or microcontroller because the necessary voltage in absolute value for their control can not generally be provided by microcontrollers of the current (or standard) type, especially if the latter is powered by a battery that does not delivering a voltage, in particular 3 V, which is significantly lower than the operating voltage in absolute value of the display.
  • the aim of the invention is to propose a method for producing more economical electrophoretic display devices that can replace the specific control microcontrollers.
  • the invention provides a simple and inexpensive method of manufacturing / producing a segmented electrophoretic display device.
  • the invention also provides a method / program for controlling a segmented electrophoretic display.
  • the invention provides standard components (not specific to the aforementioned bistable displays). It provides a current or standard microcontroller [having a maximum output voltage lower than the minimum operating voltages, in absolute value, of the display, a programmable memory, preferably flash and integrated in the microcontroller, a few external components and a control program specific (described later)].
  • This type of microcontroller preferably chosen by the invention is distinct from a specific display controller for bistable display, in particular electrophoretic segment.
  • the microcontroller is preferably also supplied with a so-called low voltage voltage, lower in absolute value than those required to drive the display.
  • the target display has a minimum operating voltage in absolute value of 5 volts.
  • a remarkable point of the preferred embodiment of the invention lies in a specific design of a generator, here in the form of a charge pump, for providing + 5V and -2V on a common electrode of the display. This generator can be controlled directly by the microcontroller with only two input / output ports having a voltage excursion between 0 and 3V.
  • the subject of the invention is a method for producing a segment electrophoretic display device (25) comprising a bistable display operating with opposite predetermined voltages (+ dV; -dV) and an electronic circuit with microcontroller for controlling the display according to a control program (P), characterized in that it comprises the following steps:
  • the microcontroller being distinct from a specific display controller for bistable display and being configured to deliver voltages (Vsegment) to input / output ports, lower in absolute value than the predetermined voltages (+ dV; -dV)
  • Vsegment with at least one compensation voltage (Vcom) to at least reach said opposite predetermined voltages (+ dV; - dV).
  • Vsegment with at least one compensation voltage (Vcom) to at least reach said opposite predetermined voltages (+ dV; - dV).
  • Vcom compensation voltage
  • the device thus configured makes it possible to drive a bistable display at a lower cost, with a microcontroller (standard) that is inexpensive, the output voltages being supplemented by additional voltages (or potentials) generated in particular by means of a circuit of discrete components such as capacitors, diodes and transistors.
  • the compensation is performed using a voltage generator
  • the control program includes instructions configured to control said voltage generator so as to provide said compensation
  • the voltage generator is configured to provide voltage values (+5; -2) volts.
  • the microcontroller is configured to provide a first pair of voltages (+3; 0) volts.
  • the microcontroller includes input / output ports that can be individually controlled with a "0", "1" and high impedance (HIZ) state and include a program memory.
  • the program provides values of (-5V, + 5V) to drive a color shift of the segments or the bottom of the display and voltage values equal to (- 2V, + 2V) for maintaining the colors of the segments (or bottom)
  • the program (P) can provide the sequential sequence of sequences (or steps): homogenization into a uniform color of all the segments including the background in black or white with a duration of 5 units of time;
  • the invention also relates to the device corresponding to the above method;
  • the electrophoretic segment display device comprises a bistable display operating with opposite predetermined voltages (+ dV; -dV) and an electronic circuit with a microcontroller for controlling the display according to a control program;
  • the device is characterized in that it comprises:
  • said microcontroller being distinct from a specific display controller for a bistable display and being configured to deliver voltages (Vsegment) on input / output ports, lower in absolute value than the predetermined voltages (+ dV; dV),
  • Vcom compensating voltage generator
  • the invention makes it possible to simply use a common low voltage microcontroller which is not intended to drive a segmented electrophoretic bistable display, complementing it with a generator and some discrete electrical / electronic components).
  • the voltage generator comprises a charge pump
  • the microcontroller preferably comprises a control program (P) configured to provide the voltages at times and for durations according to a balanced control scheme so that the average value of the voltage seen from each of the segments tends towards 0;
  • P control program
  • the voltage generator preferably comprises a hybrid charge pump combining a voltage doubler circuit and a voltage inverter circuit, the respective output voltages of the doubling circuit and the inverter circuit being alternately combined on a single output of the charge pump.
  • This generator with pump hybrid load, has the advantage of combining the two functions voltage doubler and voltage inverter so that the signal from one or the other function is generated on a single output. This output corresponds here to the common electrode of the display;
  • the microcontroller includes a control program (P) to supply the voltages at times and for durations according to a balanced control scheme so that the average value of the voltage seen from each of the segments is close to 0 volts .
  • P control program
  • FIG. 1 illustrates a schematic cross section of a bistable display with ink capsules among those used by the invention
  • FIG. 2 illustrates a viewer in plan view showing three numeric character zones formed by segments as used in a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 illustrates a display object with a display device, in accordance with those targeted by the invention and in the form of a smart card;
  • FIG. 4 illustrates a possible circuit diagram of electric and / or electronic circuit of the object with display device of the preceding figure
  • FIG. 5 illustrates an electronic control circuit for controlling a digital character area of the display according to the preferred implementation or embodiment of the invention
  • FIG. 6 illustrates an exemplary embodiment of the voltage generator 26 of the circuit of the preceding figure, said generator being here, in the form of a hybrid charge pump;
  • FIG. 7 illustrates intermediate and / or preferred (or preferred) color and / or image steps and / or transitions of the display device, in accordance with the preferred embodiment of the invention
  • FIG. 8 illustrates the various elementary steps of the method (and / or program P) of control of the display device, the recommended (or preferred) transitions of which are in accordance with FIG.
  • the ITO layer is attached to (or supported by) a transparent polymer substrate 3.
  • the printed circuit facing the microcapsules contains as many electrodes as segments and the shape of each electrode defines the shape of each respective segment. Finally a connection is reported between each segment and the connector of the display.
  • the assembly comprising the transparent polymer 3, the ITO layer 4, the microcapsule layer 5C and a layer or printed circuit 6 forms the display complex 2.
  • the display particles 5B, 5N here are electrically charged and move in the microcapsules 5 as a function of the voltage which is applied on the one hand to the transparent conductive layer 4, on the other hand to each of the segments of the conductive layer. 6B of the flexible printed circuit board 6.
  • the display 2 comprises a common electrode 18 disposed on the printed circuit 6 and electrically connected to the transparent conductive electrode 4 via an adhesive or conductor 19 including anisotropic type or not.
  • the printed circuit board 6 comprises conductive zones for driving (or control)
  • the printed circuit board 6 may preferably contain a control circuit of the display layer or contain at least conducting tracks or conductive areas 6B intended to have an electrical polarity for influencing the display layer 5.
  • the polarized particles of the capsules will be concentrated at the top and bottom of the capsules according to their respective polarity. All segments have a common electrode 18 (connected to the transparent conductive layer 4).
  • volt can also be designated by (V) and the numerical / digital values "0", “1” when they are enclosed in quotation marks.
  • the numerical / digital values "0", “1” correspond respectively to voltage values 0 volt (or 0V) and +3 volts (or + 3V).
  • the electrophoretic-type display 2 is illustrated in a view from above; It is integrated, in the example (FIG. 3), into an electronic object (or device) 1 to a device or smart display circuit 2 (and to a microprocessor).
  • the object 1 is in the form of a smart card including banking.
  • the display 2 is connected to an electronic display circuit 1A integrated in the card body 1 (not visible in Figure 3).
  • the assembly comprising the electronic display circuit 1A and the display 2, forms, comprises or constitutes a display device 25 ( Figures 4 and 5).
  • the display device 25 (or display circuit 1A) of the invention can be used for electronic products or devices requiring a bistable display that allows display of indicator by graphic symbols or alphanumeric character such as watch, toy, status indicator ... and being powered by a lower voltage including 5V.
  • the display device 25 (or display circuit 1A) may be an electrical and / or electronic subassembly (insert or "inlay”) intended to manufacture one of the aforementioned devices comprising at least one display or display area 2 .
  • the display device 25 may be a module or an insert, (intermediate product) ready for use or intended to be inserted or inserted / connected in another body or support . It may comprise at least the display area, one or more connection or interconnection component (s) and a printed circuit with integrated circuit components, in particular for controlling the display layer.
  • FIG. 4 illustrates an electrical / electronic circuit C of the smart card 1 of FIG. 3; The circuit C comprises the display 2 connected to the electronic circuit 1A comprising a microcontroller 24 control (or control) of the information display on the screen 2.
  • the circuit C may comprise a radio frequency interface comprising an FC N radiofrequency controller (1 1) and an antenna 12, connected to the microcontroller 10, a real time clock (RTC), a battery 9, if necessary a switch button.
  • the card 1 may comprise a combined smart card module 17 with electrical contacts and / or without contact with a radiofrequency antenna 13. In FIG.
  • the display device 25 made according to a production method (or manufacturing) corresponding to a first preferred mode of implementation and may be suitable for constituting / replacing the microcontroller circuit 1A of the previous figure;
  • This device comprises a bistable display 2, one of the types referred to above (electrophoretic segments 1A); the bistable display 2 operates or is piloted under predetermined minimum power supply (and / or command or control) voltages, positive and negative (+ dV; -dV); the device 25 comprises an electronic display circuit 1A with microcontroller 24 for controlling the display according to a control program (P) here included in a program memory of the microcontroller;
  • P control program
  • the display is a 3-digit segmented electrophoretic type display (elnk corporation ref: SC004221) although only one digit is shown, the principle can be applied to several digits).
  • the operating voltage and / or control (or control) is between 5 to 15 volts and -5 to -15 volts;
  • the method comprises the following steps:
  • the microcontroller 24 selected for the invention in step a) is configured to deliver a first control voltage of the lower display to the minimum voltage of 5 volts referred to above;
  • the microcontroller (standard) 24 operates at a supply voltage equal to (or of the order of) 3 volts and is capable of delivering to a input / output port a voltage whose excursion to Voltage is (or in the order of) 0 to 3 volts. It is intended to be supplied with 3 volts by a battery 9.
  • a voltage equal to a value in the sense of the present application can be considered when it is close to 10% of this value, or even 5% preferably.
  • a voltage of 2.7 volts to 3.3 volts is considered to be equal to 3 volts.
  • the microcontroller also includes a plurality of output interfaces
  • the output port GPI04 to GPIO10 are each connected to their respective segment marked a to f (and corresponding to the conductive areas 21-23 of the printed circuit 6, to drive them).
  • the output port GPI03 is connected to the conductive zone 20 corresponding to the bottom of the display screen 2.
  • the GPIOs ports can deliver a maximum voltage of +3 volts to the different segments of the display, which is insufficient to activate the 5C capsules and the color changes of the different zones. display (background and segments 20-23).
  • the invention allows to bring this voltage (or this potential) missing by at least one voltage (or potential) compensation of at least 2 volts).
  • a microcontroller (standard) MCU 24 that may be suitable for the invention preferably comprises the following functions.
  • the microcontroller should make it possible to individually configure each GPIO port in HIZ, in digital value "1" or "0" (equivalent respectively to 3 volts and 0 volts).
  • the microcontroller may have timers for easier management of the indicated durations T1, T2, T3 but are not essential, since substitutable including using a simple waiting loop, for example.
  • the invention provides the step b) above compensation of the voltages from the microcontroller to at least reach said opposite predetermined voltages (+ dV; -dV) required for operation.
  • the invention thus provides and adds a second voltage to the first voltage of +3 volts to provide at least the minimum required voltage (in this case +5 volts). This is preferably obtained with the generator circuit 26 described below.
  • the invention provides a particular voltage source for compensation of voltages / potentials (or compensation of voltage deviation) obtained according to the table below.
  • the source is therefore a voltage generator 26.
  • This generator is preferably controlled by the microcontroller 24;
  • the latter comprises GPIO 1 and GPI02 output ports connected to this voltage generator 26.
  • This generator 26 is powered as the microcontroller by a battery 9 which is preferably the same as that of the microcontroller (+ 3V).
  • the voltage generator also has an output 27 (Vcom) which is connected to the transparent common electrode 18.
  • the invention proposes to control the display 2.
  • This control occurs as if the device Display 25 had a dedicated microcontroller capable of delivering a sufficient control output voltage of at least 5 volts.
  • the invention provides that a single voltage, positive or negative (for example +5 and -5 volts), causes a color change in the display.
  • the microcontroller 24 applies the values of +0 or +3 volts positive voltages (which it is capable of delivering normally) on the segments (or bottom) according to a program P of managing the voltage of the segments (or background).
  • this generator 26 comprises (or consists of) a charge pump (detailed later with reference to FIG. 6).
  • control of the display is described in relation to the steps of the diagram of FIG. 7 which may correspond to steps of a program P (or wired logic circuit) provided in the microcontroller for controlling a segment or background zone. 20.
  • program P or wired logic circuit
  • this preferred embodiment of the invention provides possible voltages for updating the display. , shown in the table below:
  • Another remarkable point of this preferred embodiment of the invention lies in the low sensitivity of the display when the absolute value of the voltage difference dV, between the segments (or the bottom) and the transparent common electrode (or 18). ), is less than 2.5 volts. It can be considered that this low voltage has no significant effect on the current state of the segment (white or black).
  • - T1 period of 5/17, configuration not causing a change of color
  • - T2 7/17 period, switching from White to Black
  • This specific duty cycle allows the balanced control of the display whose calculation is described below.
  • a program or microcode P has been developed to program the microcontroller 24 so as to display the 3 digits on the screen of the display.
  • the microcontroller 24 receives information including an OTP number to be displayed on the display (the OTP information comprises or requires, for example, at least one switching a segment b among the seven segments included in the display to form a digit). This segment b is connected to port GPI04 (FIG 5)
  • the microcontroller can know the bistable current state of the segment b in particular by consulting either directly a memory listing the last state of the black or white segment or indirectly by means of information external to the microcontroller.
  • the microcontroller deduces that the segment is in a "white" state and / or that corresponds to a previously issued instruction set which has led to a voltage difference having caused a switchover in white.
  • the program may then switch the color of the segment to black 200 or maintain the color of the segment in white and switch other segments of the display 250 to black 252 or blank 251.
  • the program can switch the color of the segment to bank 300 again or it can maintain the segment color in black and switch other segments of the display 260 to black 262 or blank 261.
  • the microcontroller can provide a step of "reset” or zero (white or black) of all segments regardless of their initial state. This procedure is particularly useful when first initializing the product or the initial state of the segments is not necessarily known.
  • the microcontroller's P program is configured to drive the ports, depending on the sequence, as follows: For switching the white-to-black segment (200), the microcontroller's P program configures the GPI04 port to a "1" level. either (+ 3V), the port GPI01 at a logic level "1" or (+ 3V) and generates a square clock signal of 1 kHz and levels 0 and +3 V on the port GPI02, which generates a Vcom voltage of -2V output 27 of the charge pump 26 and a voltage Vsegment of + 3V.
  • the program P of the microcontroller configures the port GPI04 at a level "0" (+ 0V), the port GPI02 at a logic level “0" (+ 0V) and generates a square clock signal of 1 kHz and 0 and +3 V levels on the port GPI01, which generates a voltage Vcom of + 5V at the output 27 of the charge pump 26 and a voltage Vsegment of + 0V.
  • the microcontroller program P configures the port GPI04 to a level "0" that is (+ 0V), the port GPI01 to a logical level “1” is (+ 3V) and generates a square clock signal of 1 kHz and levels 0 and +3 V on the port GPI02, which generates a voltage Vcom -2V output 27 of the charge pump 26 and a voltage Vsegment of + 0V.
  • the microcontroller's P program configures the GPI04 port to a "1" level (+ 3V), the GPI02 port to a logical level "0" is (+ 0V) and generates a square clock signal of 1 kHz and levels 0 and +3 V on the port GPI01, which generates a voltage Vcom + 5V output 27 of the charge pump 26 and a Vsegment voltage of + 3V.
  • the different ports used for controlling the GPIO display can be configured at "0" (0 V) or in a high state impedance (HIZ).
  • the microcontroller can preferably save (or not), the change of state of the segment (s) in memory for later consultation.
  • Figure 6 is illustrated an electrical diagram and operation of the charge pump:
  • the charge pump 26 constitutes a voltage generator according to the preferred embodiment of the invention.
  • the electrical / electronic diagram comprises two stages (or sub-parts 28, 29) respectively having a GPIO input 1, GPI02 and a common Vcom output:
  • the stage 28 (or doubling circuit), relative to the input GPI01, comprises a P-type field effect transistor Q1 mounted with diodes D1, D2 and capacitors C1, C3;
  • the stage 29 (or inverter circuit), relative to the GPI02 input, comprises an N-type field effect transistor Q2, mounted with diodes D3, D4 and capacitors C2, C4.
  • the charge pump is therefore based here preferably on the combination of a voltage-doubling electrical circuit 28 and a voltage inverting electrical circuit 29 which can alternatively be switched by means of two MOS FET transistors and whose output voltage from one or the other charge pump is combined on one line.
  • a voltage-doubling electrical circuit 28 and a voltage inverting electrical circuit 29 which can alternatively be switched by means of two MOS FET transistors and whose output voltage from one or the other charge pump is combined on one line.
  • Two other pins are needed: one (20) for the bottom of the display (visible area 20 other than a segment, but considered as segment for control) and the other 18 for the common segments.
  • An electrophoretic display is a bistable display which means that only a change of state must be controlled.
  • the basic operation is as follows:
  • the segment when no voltage is applied, the segment remains stable by preserving its current state (white or black) or when the absolute value of the voltage is less than 2.5 volts.
  • the segments 21, 22, 23 and the bottom 20 are directly connected to the input / output ports of the microcontroller having a voltage excursion of 0 to 3V.
  • a voltage Vcom originating from the charge pump and having a voltage excursion of -2V or + 5V with respect to ground, is applied to the transparent common electrode 18 of the segments. This is a viable design in that these two voltage values can not be applied directly to or generated by the microcontroller input / output ports (limitation of the output voltage swing between 0 and 3V).
  • the components used in the example made include a transistor Q1: N-MOS FET CSD13381 F4; a transistor Q2: P-MOS FET CSD23381 F4; Four C1-C4 capacities: 100 nF 10V; Four diodes D1-D4: RB521.
  • GPI01 A clock of 1 KHz with a duty cycle of 50% is generated on GPI01; GPI02 is set to "0" (0V);
  • the transistor Q2 is in the off state and the stage 29 comprising the capacitance C2 and the diodes D1, D2 does not affect the Vcom output.
  • the stage 28 comprising the components Q1, C1, C3, D1 and D2 forms a voltage doubler and VCom reaches 5 V because of the voltage drop in the diodes D1 and D2 in the forward direction.
  • a clock of 1 KHz having a duty ratio of 50% is generated on GPI02.
  • the transistor Q1 is in the off state and the stage 28 comprising the components C1, D1, D2 does not affect the Vcom output;
  • the stage 29 comprising the components Q2, C2, C4, D3 and D4 constitutes a voltage inverter and the output voltage VCom reaches -2V because of the voltage drop in the diodes D3 and D4 in the forward direction.
  • the generator may be a generator system comprising two independent charging pumps that can be activated or deactivated by the microcontroller and generating respectively + 5V and -2V and one or the other of the voltages would be selected by an electronic switch.
  • such an embodiment would be more complex and expensive mainly because of the switch (which is avoided in the preferred mode).
  • FIG. 7 illustrates intermediate and / or preferred steps (or preferred) of color and / or images of the display device according to the preferred embodiment of the invention detailed below.
  • the invention prefers to use a particular cycle of state transition segments (and / or bottom) (drawing 43) for a switchover zones black to white or vice versa.
  • Drawings 41, 42 and 43 (Fig. 7) illustrate the different state change curves of the segments for switching from "1" to "2".
  • Each segment color shift (or maintenance) curve referenced b, f, c, e is numbered 1 to 4, respectively, as follows:
  • Drawing 43 also illustrates the different voltage requirements of the segments and the common electrode (ITO) for each transition step illustrated in FIG. 42 (and in accordance with the preferred embodiment of the invention):
  • V segment for the segment concerned a to f;
  • the transparent common electrode 18 or ITO
  • the segment b which must remain at the black color
  • the segment f and the bottom which must remain at the white color
  • the segment c which must switch from black to white
  • the segments a, d, e & g which must switch from white to black.
  • the invention may preferably provide, for the control of the display, the steps and / or transitions of image or color indicated and respecting the durations and voltages described in FIG. 7.
  • the program P also controls, via the output ports GPI01 and GPI02 of the microcontroller, the voltage Vcom of the transparent electrode (18), via the generator 26, to obtain a Vcom signal of +5 volts, -2 volts or 0 volts. .
  • the invention makes it possible to increase the differential voltage Vsegment-Vcom applied to the segments a to f and / or the background while using input / output ports having a voltage excursion of 0V to + 3V.
  • the compensation for obtaining a sufficient control potential difference is made by injecting the Vcom 18 common electrode with a voltage / potential of + 5V or -2V. This results in dV voltage deviations on the 5C ink capsules can reach + 5V or -5V to change the color and the voltage deviations dV can reach + 2V or -2V to maintain the color.
  • the signal is said to be balanced if the average value of the voltage is zero for the sequence of the different phases over a complete cycle.
  • a complete cycle includes a color change and a return to the initial color.
  • the invention alternates cycle 3) black to white, then cycle 4) to switch from white to black with the possible insertion of steps 1) and 2).
  • the insertion of steps 1) and or 2) to maintain the black color or the white color do not change the signal balance, because the integration of the signal on T1 + T2 + T3 for these two steps is zero.
  • the state diagram of FIG. 8 illustrates an example of the display method (or program) according to an elementary mode of the invention for switching the segment from one color to another.
  • the program P starts for the first time and therefore has not yet performed any segment control sequence.
  • the initial state of the segments is supposed to be white.
  • the program can control a "zeroing" before (or erasure) of the display by switching all the segments and / or the background before a display command, in a state of color all white or all black. This can occur especially when starting for the first time or following a change of battery for example. At any time, the program can switch a segment from white to black 200 or black to white 300.
  • the display comprises a plurality of segments
  • additional steps for maintaining the color of the segment 250, 260 may be executed, so as to have different colors between the segments. 2 sequences are then possible:
  • the program P configures the GPIOs as described above.
  • the program can be suspended after the execution of a control sequence and the storage, preferably, of the current state of the segments.
  • a history of the states of the segments can thus be kept in memory of the microcontroller or external memory for later reference or even be recalculated according to parameters internal or external to the microcontroller.
  • the program will be able to resume the next appropriate cycle thanks to the knowledge of the current state of the segments that has been memorized.
  • the display After the execution of a control sequence, the display then retains the colors of each segment, the latter being bistable.
  • control steps of the display device may be in accordance with steps of program P, in particular for the succession of sequences and the duration respective sequences recommended according to the preferred embodiment of the invention to avoid the artifacts described above.
  • the preferred mode of control may comprise the successive sequence of the 3 sequences (steps or transitions):
  • the invention also has the advantage of allowing flexibility in the supply of components while avoiding dependence on a specific microcontroller integrating an electrophoretic screen driver (the electrophoretic or EPD drivers integrated in the microcontroller are not widespread. ). It reduces costs because standard microcontrollers with additional external components can be more competitive than microcontrollers with integrated electrophoretic drivers.
  • This control system has the advantage of using standard components whose thicknesses are compatible with a chip-like form factor.
  • the invention can be applied to any other electrical apparatus using segment displays (such as digital displays, alphanumeric or indicator lights) and having a display control microcontroller designed to output to output ports, a maximum voltage lower in absolute value than the operating voltage of the display.
  • segment displays such as digital displays, alphanumeric or indicator lights
  • display control microcontroller designed to output to output ports, a maximum voltage lower in absolute value than the operating voltage of the display.
  • any segmented bistable electrophoretic display device powered in particular by a voltage below +5 volts, could implement the invention.

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Abstract

Procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage électrophorétique avec microcontrôleur basse tension. L'invention concerne un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage électrophorétique à segments (1A) comportant un afficheur bistable (2) fonctionnant avec des tensions prédéterminées opposées (+dV;-dV) et un circuit électronique (10A, 25) avec microcontrôleur (10, 24) pour le pilotage de l'afficheur selon un programme de pilotage (P). Le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: -fourniture du microcontrôleur (24), ce dernier étant distinct d'un contrôleur spécifique d'affichage pour afficheur bistable et étant configuré pour délivrer des tensions (Vsegment), inférieures en valeur absolue aux tensions prédéterminées(+ dV; -dV), -compensation desdites tensions (Vsegment) avec au moins une tension de compensation (Vcom) pour au moins atteindre lesdites tensions prédéterminées opposées (+dV;-dV). L'invention concerne également le dispositif correspondant.

Description

Procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage bistable avec microcontrôleur basse tension. Domaine de l'invention.
L'invention concerne un procédé de réalisation (ou de fabrication) d'un dispositif d'affichage pour afficheur de type électrophorétique ou bistable. L'invention concerne plus particulièrement, un procédé et dispositif pour le pilotage d'un afficheur électrophorétique à segments.
De tels afficheurs, visés préférentiellement par l'invention, comprennent une couche (ou un film) de microcapsules contenant des particules colorées en suspension dans un fluide ou un gaz, cette même couche étant prise en sandwich entre deux électrodes :
- au moins une première électrode ayant la forme du segment à afficher
- une seconde électrode transparente réalisée par une couche conductrice en oxyde d'indium-étain (ITO) par exemple. Des électrodes alternatives à base d'un film mince de nanostructures de carbone, de fils d'argent ou cuivre peuvent être également utilisées.
L'invention concerne également des produits ou dispositifs électroniques qui utilisent le type d'afficheur susvisé. L'afficheur peut être utilisé par exemple, dans des cartes à puce, notamment bancaires ou autres types de cartes ayant une zone d'affichage de faible épaisseur et nécessitant une certaine flexibilité, des clés USB, des montres...
Art antérieur.
Dans les cartes bancaires, on assiste actuellement à l'apparition de système intégré dans la carte permettant l'affichage d'un cryptogramme dynamique (dCVV). Ce code peut varier avec le temps et est affiché notamment avec de petits afficheurs au dos d'une carte bancaire. Des afficheurs permettent aussi d'afficher des codes à usage unique de type OTP (one time password) pour effectuer des transactions sécurisée en ligne. Il existe des microcontrôleurs intégrant des pilotes d'affichage spécifiques pour des écrans de type électrophorétique ou équivalents. On connaît par exemple, le microcontrôleur EPSON S1 C17F57 pouvant réaliser cette fonction.
Problème technique. Certaines cartes à puce à afficheur, telles des cartes à cryptogramme dynamique (DCVV), requièrent un affichage électrophorétique bistable en raison du besoin d'affichage permanent et de contraintes de consommation d'énergie.
Les afficheurs de type électrophorétique requièrent un pilote ou microcontrôleur spécifique car la tension nécessaire en valeur absolue pour leur pilotage ne peut être généralement fourni par des microcontrôleurs de type courant (ou standard), d'autant plus si ce dernier est alimenté par une batterie ne délivrant qu'une tension notamment de 3V nettement inférieure à la tension de fonctionnement en valeur absolue de l'afficheur.
Les microcontrôleurs spécifiques pour écran électrophorétique à segments, sont encore peu répandus et de fait demeurent plus onéreux.
L'invention a pour objectif de proposer un procédé de réalisation de dispositifs de pilotage des afficheurs électrophorétiques plus économique pouvant remplacer les microcontrôleurs de pilotage spécifiques.
Des alternatives à l'invention proposées ci-après par l'inventeur présentent les inconvénients suivants :
- Une alternative possible serait d'alimenter le microcontrôleur par 2 batteries lithium en série permettant d'élever la tension à 6V. Cette solution a comme inconvénient d'augmenter le coût de la batterie et la place occupée par celle-ci ;
- Une autre alternative serait d'augmenter la tension de la batterie lithium de 3V à 5V pour l'alimentation du microcontrôleur, mais en raison des contraintes d'épaisseur de la carte, une solution de convertisseur continu-continu, si possible sans inductance, devrait être utilisée. Une telle solution utiliserait une pompe de charge à base de capacité, mais le rendement et l'augmentation du courant résultant engendrerait des performances médiocres de consommation électrique et réduisant d'autant la durée de vie de la batterie ;
- Le recours à un microcontrôleur standard associé à un contrôleur d'affichage externe conduirait à avoir deux circuits et donc à être plus onéreux ; - Enfin, la fonction contrôleur d'écran électrophorétique pourrait être ajoutée avec un microcontrôleur et une mémoire programme (Flash, ROM) dans un ASIC, mais le développement d'un tel circuit est relativement onéreux. L'offre actuelle du marché pour un microcontrôleur intégrant un pilote pour afficheur électrophorétique à segments, étant peu répandu, cela entraine des difficultés pour diversifier les sources d'approvisionnement.
Résumé de l'invention. L'invention propose un procédé simple et peu onéreux de fabrication / réalisation d'un dispositif à afficheur électrophorétique à segments.
L'invention propose également un procédé / programme pour le pilotage d'un afficheur électrophorétique à segments. Dans le principe d'un mode préféré, l'invention prévoit des composants standards (non spécifiques aux afficheurs bistables susvisés). Elle prévoit un microcontrôleur courant ou standard [ayant une tension de sortie maximale inférieure aux tensions minimales de fonctionnement, en valeur absolue, de l'afficheur, une mémoire programmable, de préférence flash et intégré au microcontrôleur, quelques composants externes et un programme de pilotage spécifique (décrit ultérieurement)]. Ce type de microcontrôleur choisi préférentiellement par l'invention est distinct d'un contrôleur spécifique d'affichage pour afficheur bistable, notamment électrophorétique à segments.
Le microcontrôleur est de préférence également alimenté en une tension dite basse tension, inférieure en valeur absolue à celles requises pour piloter l'afficheur. Dans son application préférentielle, le microcontrôleur est alimenté par une tension de 3V (V = volts) ou voisine de 3V et comprend des ports d'entrées/sorties (GPIOs) présentant une excursion des tensions de sortie de 0 à 3 volts. L'afficheur visé présente une tension minimale de fonctionnement en valeur absolue de 5 volts. Un point remarquable du mode préféré de l'invention réside dans une conception spécifique d'un générateur, ici sous forme de pompe de charge, permettant de fournir + 5V et -2V sur une électrode commune de l'afficheur. Ce générateur peut être piloté directement par le microcontrôleur avec seulement deux ports d'entrées/sortie présentant une excursion en tension comprise entre 0 et 3V. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage électrophorétique à segments (25) comportant un afficheur bistable fonctionnant avec des tensions prédéterminées opposées (+dV ;-dV) et un circuit électronique avec microcontrôleur pour le pilotage de l'afficheur selon un programme de pilotage (P), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- fourniture du microcontrôleur, ce dernier étant distinct d'un contrôleur spécifique d'affichage pour afficheur bistable et étant configuré pour délivrer des tensions (Vsegment) sur des ports d'entrées/sorties, inférieures en valeur absolue aux tensions prédéterminées (+dV ;-dV),
- compensation des tensions (Vsegment) avec au moins une tension de compensation (Vcom) pour au moins atteindre lesdites tensions prédéterminées opposées (+dV ;- dV). Le dispositif ainsi configuré permet d'effectuer un pilotage d'un afficheur bistable à moindre coût, avec un microcontrôleur (standard) peu onéreux, les tensions de sortie étant complétées par des tensions (ou potentiels) supplémentaires générées notamment à l'aide d'un circuit de composants discrets tel que capacités, diodes et transistors.
Selon d'autres caractéristiques :
- La compensation s'effectue à l'aide d'un générateur de tension ;
- Le programme de pilotage comprend des instructions configurées pour piloter ledit générateur de tension de manière à fournir ladite compensation ;
- Le générateur de tension est configuré pour fournir des valeurs de tensions (+5 ; -2) volts.
- Le microcontrôleur est configuré pour fournir un premier couple de tensions (+3 ; 0) volts.
- Le microcontrôleur comprend des ports d'entrées sorties pouvant être piloté individuellement avec un état « 0 », « 1 » et haute impédance (HIZ) et incluant une mémoire programme.
- Le programme prévoit des valeurs de (-5V, +5V) pour piloter un basculement de couleur des segments ou du fond de l'afficheur et des valeurs de tensions égales à (- 2V, +2V) pour un maintien des couleurs des segments (ou du fond) ;
- Le programme (P) peut prévoir l'enchaînement successif des séquences (ou étapes) : - homogénéisation en une couleur uniforme de tous les segments y compris le fond en noir ou blanc avec une durée de 5 unités de temps ;
inversion de la couleur uniforme de tous les segments y compris le fond en blanc si précédemment noir ou en noir si précédemment blanc avec une durée de 7 unités de temps ;
mise à jour des segments qui le nécessite en blanc si précédemment noir ou noir si précédemment blanc avec une durée de 5 unités de temps.
L'invention a également pour objet le dispositif correspondant au procédé ci-dessus ; Le dispositif d'affichage électrophorétique à segments comporte un afficheur bistable fonctionnant avec des tensions prédéterminées opposées (+dV ; -dV) et un circuit électronique avec microcontrôleur pour le pilotage de l'afficheur selon un programme de pilotage ; Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend :
- ledit microcontrôleur, ce dernier étant distinct d'un contrôleur spécifique d'affichage pour afficheur bistable et étant configuré pour délivrer des tensions (Vsegment) sur des ports d'entrées/sorties, inférieures en valeur absolue aux tensions prédéterminées (+dV ;-dV),
- un générateur (Vcom) de tension de compensation configuré pour compenser lesdites tensions (Vsegment) et atteindre au moins lesdites tensions prédéterminées opposées (+ dV ; - dV).
Ainsi, l'invention permet d'utiliser simplement un microcontrôleur commun basse tension qui n'est pas destiné à piloter un afficheur bistable électrophorétique à segments, en le complémentant par un générateur et quelques composants discrets électriques / électroniques).
- De préférence, le générateur de tension comprend une pompe de charge ;
- Le microcontrôleur comprend de préférence un programme de pilotage (P) configuré pour fournir les tensions à des instants et pendant des durées conformes à un schéma de pilotage équilibré de façon à ce que la valeur moyenne de la tension vu de chacun des segments tende vers 0 ;
- Le générateur de tension comprend de préférence une pompe de charge hybride combinant un circuit doubleur de tension et un circuit inverseur de tension, les tensions de sortie respectives du circuit doubleur et du circuit inverseur étant combinées alternativement sur une seule sortie de la pompe de charge ; Ce générateur, à pompe de charge hybride, a l'avantage de combiner les deux fonctions doubleur de tension et inverseur de tension de façon à ce que le signal issu de l'une ou de l'autre fonction soit généré sur une seule sortie. Cette sortie correspond ici à l'électrode commune de l'afficheur ;
- Le microcontrôleur comprend un programme de pilotage (P) pour fournir les tensions à des instants et pendant des durées conformes à un schéma de pilotage équilibré de façon à ce que la valeur moyenne de la tension vu de chacun des segments soit proche de 0 volt. Brève description des figures.
- La figure 1 illustre une coupe schématique transversale d'un afficheur bistable à capsules d'encre parmi ceux utilisables par l'invention ;
- La figure 2 illustre un afficheur en vue de dessus présentant trois zones de caractères numériques formés par des segments tels qu'utilisés dans un mode de réalisation préféré de l'invention ;
- La figure 3 illustre un objet à afficheur avec dispositif d'affichage, conforme à ceux visés par l'invention et sous forme de carte à puce;
- La figure 4 illustre un schéma possible de circuit électrique et/ou électronique de l'objet avec dispositif d'affichage de la figure précédente ;
- La figure 5 illustre un circuit électronique de pilotage d'une zone de caractères numériques de l'afficheur conforme au mode de mise en œuvre ou de réalisation préféré de l'invention ;
- La figure 6 illustre un exemple de réalisation du générateur de tension 26 du circuit de la figure précédente, ledit générateur étant ici, sous forme de pompe de charge hybride ;
- La figure 7 illustre des étapes et/ou transitions préconisées (ou préférées) intermédiaires de couleur et/ou d'images du dispositif d'affichage, conforme au mode préféré de l'invention ;
- La figure 8 illustre les différentes étapes élémentaires du procédé (et/ou programme P) de pilotage du dispositif d'affichage, dont les transitions préconisées (ou préférées) sont conformes à la figure 7.
Description. A la figure 1 , un afficheur bistable électrophorétique 2 (ou complexe d'affichage) (également appelé « ePaper » ou papier électronique) pour le dispositif 1 (fig. 3 et 4) à afficheur selon un mode préféré de l'invention comprend un film 5 de microcapsules contenant de l'encre, notamment blanche 5B et noire 5N, en suspension dans un fluide 5C et prise en sandwich entre une couche ITO 4 ou électrode transparente et des autres électrodes constituée par un circuit imprimé 6 porté par un substrat 6A ici flexible.
La couche ITO est fixée à (ou supportée par) un substrat polymère transparent 3. Le circuit imprimé face aux microcapsules contient autant d'électrode que de segment et la forme de chaque électrode définie la forme de chaque segment respectif. Enfin une connexion est reportée entre chaque segment et le connecteur de l'afficheur. L'ensemble comprenant le polymère transparent 3, la couche ITO 4, la couche 5 de microcapsules 5C et une couche ou circuit imprimé 6, forme le complexe d'affichage 2.
Les particules d'affichage 5B, 5N ici sont chargées électriquement et se déplacent dans les microcapsules 5 en fonction de la tension qui est appliquée d'une part sur la couche conductrice transparente 4, d'autre part sur chacun des segments de la couche conductrice 6B du circuit imprimé flexible 6.
Revenant à la figure 1 , l'afficheur 2 comprend une électrode commune 18 disposée sur le circuit imprimé 6 et reliée électriquement à l'électrode transparente conductrice 4 via un adhésif ou conducteur 19 notamment de type anisotropique ou non. Le circuit imprimé 6 comprend des zones conductrice de pilotage (ou de commande)
20 et 21 , 22, 23 correspondant respectivement à une zone de fond 20 de l'afficheur et des zones de segment 21 , 22, 23 ; Les zones de segment affichent l'information d'une couleur de segment contrastant avec la couleur de la zone de fond. Le circuit imprimé 6 peut contenir de préférence, un circuit de pilotage de la couche d'affichage ou contenir au moins des pistes ou zones conductrices 6B de pilotage destinées à présenter une polarité électrique pour influer sur la couche d'affichage 5.
En fonction de la différence de tension (dV en volts) appliquée sur l'électrode commune et les zones conductrices de segment, les particules polarisées des capsules seront concentrées en partie supérieure et inférieure des capsules selon leur polarité respective. Tous les segments ont une électrode commune 18 (reliée à la couche conductrice transparente 4).
Par convention dans la description, on peut désigner le terme « volt» également par (V) et les valeurs numériques / digitale « 0 », « 1 » quand ils sont mis entre guillemets. Les valeurs numériques / digitales « 0 », « 1 » correspondent respectivement aux valeurs de tension 0 volt (ou 0V) et +3 volts (ou +3V).
Aux figures 2, 3 et 4, l'afficheur 2 de type électrophorétique est illustré en vue de dessus; Il est intégré, dans l'exemple (figure 3), dans un objet (ou dispositif) électronique) 1 à dispositif ou circuit afficheur intelligent 2 (et à microprocesseur). L'objet 1 est sous forme de carte à puce notamment bancaire.
L'afficheur 2 est relié à un circuit électronique d'affichage 1A intégré dans le corps de carte 1 (non visible sur la figure 3). L'ensemble comprenant le circuit électronique d'affichage 1A et l'afficheur 2, forme, comprend ou constitue un dispositif d'affichage 25 (fig. 4 et 5).
Alternativement, le dispositif d'affichage 25 (ou circuit d'affichage 1A) de l'invention peut être utilisé pour des produits ou dispositifs électroniques nécessitant un affichage bistable qui permet la visualisation d'indicateur par des symboles graphique ou de caractère alphanumérique tels que montre, jouet, indicateur d'état... et étant alimenté par une tension inférieure notamment à 5V. Le dispositif d'affichage 25 (ou circuit d'affichage 1A) peut être un sous-ensemble électrique et/ou électronique (insert ou « inlay ») destiné à fabriquer un des dispositifs susvisés comprenant au moins une zone d'affichage ou afficheur 2.
De même, le dispositif d'affichage 25 (ou circuit d'affichage 1 A) peut être un module ou un insert, (produit intermédiaire) prêt à l'emploi ou destiné à être encarté ou inséré / connecté dans un autre corps ou support. Il peut comprendre au moins la zone d'affichage, un ou plusieurs composant(s) de connexion ou d'interconnexion et un circuit imprimé avec des composants de circuit intégré notamment de pilotage de la couche d'affichage. La figure 4 illustre un circuit électrique/électronique C de la carte à puce 1 de la figure 3 ; Le circuit C comprend l'afficheur 2 relié au circuit électronique 1A comprenant un microcontrôleur 24 de contrôle (ou de pilotage) de l'affichage d'information sur l'écran 2.
Le circuit C peut comprendre une interface radiofréquence comportant un contrôleur radiofréquence N FC (1 1 ) et une antenne 12, reliée au microcontrôleur 10, une horloge temps réel 15 (RTC), une batterie 9, le cas échéant un bouton interrupteur. La carte 1 peut comprendre un module 17 de carte à puce combiné à contacts électriques et/ou sans contact avec une antenne radiofréquence 13. A la figure 5, est illustré, le dispositif d'affichage 25, réalisé selon un procédé de réalisation (ou de fabrication) correspondant à un premier mode préféré de mise en œuvre et pouvant convenir pour constituer / remplacer le circuit à microcontrôleur 1A de la figure précédente; Ce dispositif comporte un afficheur bistable 2, d'un des types visés précédemment (électrophorétique à segments 1A); l'afficheur bistable 2 fonctionne ou se pilote sous des tensions prédéterminées d'alimentation (et/ou de commande ou de pilotage) minimales opposées, positive et négative (+dV ;-dV) ; le dispositif 25 comprend un circuit électronique d'affichage 1A avec microcontrôleur 24 pour le pilotage de l'afficheur selon un programme de pilotage (P) compris ici dans une mémoire programme du microcontrôleur ;
Dans l'exemple, l'afficheur est un afficheur de type électrophorétique 3 digits à segments (elnk corporation réf : SC004221 ) bien qu'un seul digit soit illustré, le principe peut être appliqué à plusieurs digits). La tension de fonctionnement et/ou de pilotage (ou commande) est comprise de 5 à 15 volts et de - 5 à - 15 volts;
Autrement dit, pour faire basculer la teinte d'un segment ou de chaque capsule, il est nécessaire d'appliquer une différence de tension, entre l'électrode commune 4 (ou 18) et l'électrode de pilotage ou de commande du fond ou d'un segment 20 - 23 d'au moins +5 volts (+dV) pour changer de couleur et d'au moins - 5 volts (-dV) pour revenir à la couleur initiale ;
Conformément à ce mode préféré, le procédé comprend les étapes ci-après :
- a) fourniture d'un microcontrôleur 24 configuré pour délivrer des tensions (qui peuvent dépendre de la source d'alimentation 9), inférieures en valeur absolue aux tensions prédéterminées (+dV ;-dV), - b) compensation des tensions délivrées par le microcontrôleur pour au moins atteindre lesdites tensions prédéterminées opposées (+dV ;-dV) requises pour le fonctionnement. Le microcontrôleur 24 retenu pour l'invention à l'étape a) est configuré pour délivrer une première tension de pilotage de l'afficheur inférieure à la tension minimale de 5 volts susvisée;
Dans l'exemple, le microcontrôleur (standard) 24 fonctionne à une tension d'alimentation égale à (ou de l'ordre de) 3 volts et est capable de délivrer sur des ports d'entrée / sortie une tension dont l'excursion en tension est de (ou de l'ordre de) 0 à 3 volts. Il est prévu pour être alimenté en 3 volts par une batterie 9.
De manière générale, on peut considérer une tension égale à une valeur au sens de la présente demande lorsqu'elle est proche de 10 % de cette valeur, voire 5 % de préférence. Ainsi une tension comprise de 2,7 volts à 3,3 volts est considérée être égal à 3 volts.
Le microcontrôleur comprend également une pluralité d'interfaces de sortie ;
Ici dans l'exemple illustré, il comprend des ports d'entrées / sorties (GPIO) à des fins générales de 1 à 10 (GPI01 - GPIO10). Les ports de sortie GPI04 à GPIO10 sont connectés chacun à leur segment respectif repéré de a à f (et correspondant aux zones conductrices 21 -23 du circuit imprimé 6, pour les piloter). De même, le port de sortie GPI03 est connecté à la zone conductrice 20 correspondant au fond de l'écran d'afficheur 2.
Avec ce microcontrôleur 24 sélectionné pour l'invention, les ports GPIOs ne peuvent délivrer qu'une tension maximale de +3 volts aux différents segments de l'afficheur, ce qui est insuffisant pour activer les capsules 5C et les changements de couleur des différentes zones d'affichage (fond et segments 20-23).
Tout au plus, ce microcontrôleur 24 pourrait permettre de fournir une tension de 0 volt à l'électrode commune et de +3 volts à un segment (ou fond) soit une tension dV = +3V et inversement une tension de +3 volts à l'électrode commune et de 0 volt à un segment (ou fond) soit une tension dV = -3 volts. Il manque donc une tension de 2 volts en valeur absolue pour permettre un fonctionnement de l'afficheur. L'invention permet d'apporter cette tension (ou ce potentiel) manquante par au moins une tension (ou potentiel) de compensation d'au moins 2 volts).
Un microcontrôleur (standard) MCU 24 pouvant convenir à l'invention comprend de préférence les fonctions ci-après.
- Les fonctions normales d'un microprocesseur CPU (le nombre de bits importe peu) ;
- Des ports d'entrées / sorties GPIO ; De préférence ces entrées / sorties sont configurables individuellement :
- en entrée ou haute impédance (HIZ),
- en sortie (« push-pull » ou totem pôle) (« 1 » ou « 0 »)
De préférence, le microcontrôleur devrait permettre de configurer individuellement chaque port GPIO en HIZ, en valeur digitale « 1 » ou « 0 » (équivalent respectivement à 3 volts et 0 volt).
- Le microcontrôleur devrait avoir de préférence au moins autant de ports GPIO que de segments nécessaires, additionnés de quatre ports GPIO supplémentaires (respectivement pour la zone 20 de fond d'écran, la zone de l'électrode commune transparente 18 et de deux ports pour le pilotage de la pompe de charge). Par exemple, pour un afficheur dCW à 3 chiffres (cryptogramme dynamique - Dynamic Card Vérification Value): il convient d'avoir (7x3) + 2 + 2 = 25 ports GPIOs ;
- Une mémoire programme (mais elle peut être externe) ;
- Eventuellement, le microcontrôleur peut avoir des temporisateurs (timers) pour une gestion plus facile des durées indiquées T1 , T2, T3 mais ne sont pas indispensable, puisque substituable notamment à l'aide d'une simple boucle d'attente, par exemple.
Aujourd'hui, la plupart des microcontrôleurs (CPUs) supportent toutes les fonctions ci- dessus.
Pour rendre l'afficheur fonctionnel, l'invention prévoit l'étape b) ci-dessus de compensation des tensions issues du microcontrôleur pour au moins atteindre lesdites tensions prédéterminées opposées (+dV ;-dV) requises pour le fonctionnement.
Dans l'exemple, l'invention fournit donc et ajoute une seconde tension à la première tension de +3 volts pour fournir au moins la tension minimale requise (en l'occurrence + 5 volts). Cela est obtenu de préférence avec le circuit générateur 26 décrit infra
(fig.6). Selon un mode préféré de mise en œuvre ou de réalisation, l'invention prévoit une source de tension particulière permettant une compensation de tensions / potentiels (ou compensation d'écart de tensions) obtenue selon le tableau ci-dessous.
Dans l'exemple, la source est donc un générateur de tension 26. Ce générateur est de préférence piloté par le microcontrôleur 24 ; Pour cela, ce dernier comprend des ports de sortie GPIO 1 et GPI02 connectées à ce générateur de tension 26.
Ce générateur 26 est alimenté comme le microcontrôleur par une batterie 9 qui est de préférence la même que celle du microcontrôleur (+3V). Le générateur de tension dispose aussi d'une sortie 27 (Vcom) qui est connectée à l'électrode commune transparente 18.
Ainsi, grâce à un programme P adaptée, fourni au microcontrôleur 24 standard, de préférence dans une mémoire EEPROM ou flash interne (ou non) au microcontrôleur, l'invention propose de piloter l'afficheur 2. Ce pilotage intervient comme si le dispositif d'affichage 25 avait un microcontrôleur dédié capable de délivrer une tension de sortie suffisante de commande d'au moins 5 volts. De préférence, l'invention prévoit selon ce programme P (ou convention), qu'une seule tension, positive ou négative (par exemple +5 et -5 volts), provoque un changement de couleur dans l'afficheur.
Selon le mode préféré, le microcontrôleur 24 applique les valeurs de tensions positive +0 ou +3 volts (qu'il est capable de délivrer normalement) sur les segments (ou fond) selon un programme P de gestion de la tension des segments (ou fond). La pompe de charge 26 délivre en sortie 27 et applique les valeurs de tensions Vcom = +5 volts ou (-2) volts à l'électrode commune 18 également selon le programme P de gestion de la tension / potentiel de l'électrode 18.
On obtient ainsi une première différence de potentiel de pilotage de -5 volts « dV = 0 - 5 » en mettant la plus basse valeur de potentiel du microcontrôleur (0 volt) sur les segments ou fond ; cette dernière tension est compensée (ou complétée) par une tension (ou potentiel) de +5 volts mis sur l'électrode 18 et obtenue par une pompe de charge 26. On obtient également une seconde différence de potentiels de pilotage de +5 volts « dV = 3 - (-2) » en mettant la plus haute valeur de potentiel du microcontrôleur (+3 volts) toujours sur les segments (ou fond), cette dernière valeur de potentiel étant compensée (ou complétée) par une tension (ou un potentiel) Vcom de - 2 volts mise sur l'électrode 18, obtenue par la pompe de charge.
Grâce à ce schéma de compensation préféré, il est possible de piloter l'afficheur avec les tensions requises pour le fonctionnement de l'afficheur.
Dans l'exemple, ce générateur 26 comprend (ou est constitué d') une pompe de charge (détaillée ultérieurement en référence à la figure 6).
Le fonctionnement du pilotage de l'afficheur est décrit en relation avec les étapes du diagramme de la figure 7 pouvant correspondre à des étapes d'un programme P (ou circuit à logique câblée) prévu dans le microcontrôleur pour commander un segment ou zone de fond 20.
Compte tenu d'une limitation de l'excursion de tension de sortie ici dans l'exemple de 0 à 3V pour les ports de sortie (GPI01 à GPIO10), ce mode préféré de l'invention prévoit des tensions possibles pour actualiser l'affichage, reportées sur le tableau ci-après:
Un autre point remarquable de ce mode préféré de l'invention réside dans la faible sensibilité de l'affichage lorsque la valeur absolue de l'écart de tension dV, entre les segments (ou le fond) et l'électrode commune transparente (ou 18), est inférieur à 2,5 volts. Il peut être considéré que cette faible tension n'a pas d'effet significatif sur l'état courant du segment (blanc ou noir).
Ainsi, la faible sensibilité est utilisée avantageusement par ce mode préféré de l'invention pour un schéma ou principe de pilotage particulier ci-après :
- Les écarts dV de tension élevées (-5V, +5V) peuvent être utilisés pour piloter un changement de couleur du segment (noir à blanc ou inversement) ;
- Les écarts dV de tension basses (-2V, +2V) peuvent être utilisés pour maintenir la couleur du segment (noir à noir ou blanc à blanc).
Pour un affichage de type électrophorétique, il est nécessaire d'avoir une méthode de forme d'onde (ou séquence) spécifique pour éviter des artefacts ou effets «fantômes» (dus à des interférences entre des zones adjacentes de l'écran qui ont des couleurs différentes). Un artefact principal peut être évité par une commutation de tous les segments et du fond, du blanc au noir ou inversement.
A la figure 7, on utilise une méthode de « forme d'onde » recommandée de la Société Eink, pour éviter les problèmes ci-dessus est appelée « Global White Black Waveform ». Les valeurs des tensions appliquées sur l'électrode commune 18, segments et fond, apparaissant en ordonnée à droite du diagramme, correspondent à celles du mode préféré de l'invention.
Pour éviter de dégrader l'afficheur, il est préférable d'avoir un mode de pilotage, dit équilibré. Cela signifie que la tension moyenne entre l'électrode commune 18 et chacun des segments doit tendre vers 0, sur l'ensemble des cycles de l'afficheur au cours de toute sa durée de vie. Un déséquilibre peut cependant exister ponctuellement pour l'affichage d'une couleur donnée, mais sur un cycle consistant au basculement d'une couleur à une autre puis retour à la couleur initiale, la valeur moyenne de la tension appliquée pour le segment concerné doit tendre vers 0.
La méthode préférée de « forme d'onde globale blanc-noir », implique un rapport cyclique spécifique sur le cycle d'affichage formé par T1 +T2+T3 (figure 7). Quatre cas de figures pouvant se produire simultanément sur un cycle d'affichage sont à considérer : 1 - Maintien du segment en Noir (courbe 1 ) :
- T1 : période de 5/17, basculement de Noir à Blanc ;
- T2 : période de 7/17, basculement de Blanc à Noir ;
- T3 : période de 5/17, configuration n'entraînant pas de changement de couleur. 2- Maintien du segment en Blanc (courbe 2) :
- T1 : période de 5/17, configuration n'entraînant pas de changement de couleur.
- T2 : période de 7/17, basculement de Blanc à Noir ;
- T3 : période de 5/17, basculement de Noir à Blanc.
3- Basculement du segment de Noir à Blanc (courbe 3) :
- T1 : période de 5/17, basculement de Noir à Blanc ;
- T2 : période de 7/17, basculement de Blanc à Noir ;
- T3 : période de 5/17, basculement de Noir à Blanc.
4- Basculement du segment de Blanc à Noir (courbe 4) :
- T1 : période de 5/17, configuration n'entraînant pas de changement de couleur ; - T2 : période de 7/17, basculement de Blanc à Noir ;
- T3 : période de 5/17, configuration n'entraînant pas de changement de couleur.
Ce rapport cyclique spécifique permet le pilotage équilibré de l'afficheur dont le calcul est décrit ci-après.
De manière similaire, il est possible également d'utiliser la méthode de forme d'onde « Global Black White Waveform » ou « forme d'onde globale noir-blanc » qui consiste à inverser les 2 séquences T1 et T2.
Un prototype complet a été réalisé avec succès à l'aide d'une carte de développement de ST (STM8 Discovery avec MCU STM8L152C6, d'une platine d'expérimentation et de composants discrets pour le circuit de pompe de charge, d'un afficheur EPD à 3 chiffres de la société « Eink ».
Un programme ou microcode P a été développé pour programmer le microcontrôleur 24 de manière à afficher les 3 chiffres sur l'écran de l'afficheur.
A la figure 8, est illustré un aperçu de ce programme P est décrit en relation ci-après, pour la commutation d'un segment ; Il est extrapolable aux autres segments et ports.
Le microcontrôleur 24 reçoit une information notamment un numéro OTP à afficher sur l'afficheur (l'information OTP comprend ou requiert, par exemple, au moins un basculement d'un segment b parmi les sept segments compris dans l'afficheur pour former un chiffre). Ce segment b est relié au port GPI04 (fig. 5)
Le microcontrôleur peut connaître l'état courant bistable du segment b notamment en consultant soit directement une mémoire répertoriant le dernier état du segment noir ou blanc ou indirectement par le biais d'une information externe au microcontrôleur.
A l'étape du procédé (ou du programme P) 100, le microcontrôleur déduit que le segment est dans un état « blanc » et/ou qui correspond à un jeu d'instructions émis précédemment et ayant conduit à un écart de tension ayant provoqué une commutation en blanc.
Le programme peut alors basculer la couleur du segment en noir 200 ou maintenir la couleur du segment en blanc et basculer d'autres segments de l'afficheur 250 en noir 252 ou en blanc 251 .
Une fois le segment basculé en noir, le programme peut de nouveau basculer la couleur du segment en banc 300 ou il peut maintenir la couleur du segment en noir et basculer d'autres segments de l'afficheur 260 en noir 262 ou en blanc 261 .
Une fois le segment de nouveau basculé en blanc, le programme peut revenir à la séquence initiale et peut redémarrer une nouvelle séquence.
A défaut, le microcontrôleur peut prévoir une étape de « reset » ou mise à zéro (blanc ou noir) de l'ensemble des segments indépendamment de savoir leur état initial. Cette procédure est particulièrement utile, lors de la première initialisation du produit ou l'état initial des segments n'est pas nécessairement connu.
Le programme P du microcontrôleur est configuré pour piloter les ports, en fonction de la séquence, de la manière suivante : Pour le basculement du segment de blanc à noir (200), le programme P du microcontrôleur configure le port GPI04 à un niveau "1 " soit (+3V), le port GPI01 à un niveau logique "1 " soit (+3V) et génère un signal d'horloge carré de 1 kHz et de niveaux 0 et +3 V sur le port GPI02, ce qui génère une tension Vcom de -2V en sortie 27 de la pompe de charge 26 et une tension Vsegment de +3V.
II en résulte un écart de tension dV de +5V suffisante pour basculer la couleur visible des capsules formant le segment 4, d'un état de couleur « blanc » à un état de « noir ». Pour le basculement du segment de noir à blanc (300), le programme P du microcontrôleur configure le port GPI04 à un niveau "0" soit (+0V), le port GPI02 à un niveau logique "0" soit (+0V) et génère un signal d'horloge carré de 1 kHz et de niveaux 0 et +3 V sur le port GPI01 , ce qui génère une tension Vcom de +5V en sortie 27 de la pompe de charge 26 et une tension Vsegment de +0V.
Il en résulte un écart de tension dV de -5V suffisante pour basculer la couleur visible des capsules formant le segment 4, d'un état de couleur « noir » à un état de « blanc ». Pour le maintien de la couleur et du basculement des autres segments de blanc à noir (252, 262), le programme P du microcontrôleur configure le port GPI04 à un niveau "0" soit (+0V), le port GPI01 à un niveau logique "1 " soit (+3V) et génère un signal d'horloge carré de 1 kHz et de niveaux 0 et +3 V sur le port GPI02, ce qui génère une tension Vcom de -2V en sortie 27 de la pompe de charge 26 et une tension Vsegment de +0V. II en résulte un écart de tension dV de +2V qui maintient la couleur courante du segment et permet le basculement des capsules formant les autres segments d'un état de couleur « blanc » à un état de « noir » si la GPIO correspondante est à un niveau logique "1 " soit (+3V). Pour le maintien de la couleur et du basculement des autres segments de noir à blanc (251 , 261 ), le programme P du microcontrôleur configure le port GPI04 à un niveau "1 " soit (+3V), le port GPI02 à un niveau logique "0" soit (+0V) et génère un signal d'horloge carré de 1 kHz et de niveaux 0 et +3 V sur le port GPI01 , ce qui génère une tension Vcom de +5V en sortie 27 de la pompe de charge 26 et une tension Vsegment de +3V. II en résulte un écart de tension dV de -2V qui maintient la couleur courante du segment et permet le basculement des capsules formant les autres segments d'un état de couleur « noir » à un état de « blanc » si la GPIO correspondante est à un niveau logique "0" soit (+0V). A la fin des différentes séquences de pilotage ci-dessus, les différents ports utilisés pour le pilotage de l'afficheur GPIO , GPI02 & GPI04 dans un mode préféré, peuvent être configurés à « 0 » (0 V) ou dans un état de haute impédance (HIZ).
Pour chacun des cas, le microcontrôleur peut sauvegarder de préférence (ou non), le changement d'état du ou des segments en mémoire pour consultation ultérieure. A la figure 6 est illustré un schéma électrique et fonctionnement de la pompe de charge :
La pompe de charge 26 constitue un générateur de tension conforme au mode préféré de réalisation de l'invention ; Le schéma électrique / électronique comprend deux étages (ou sous-parties 28, 29) ayant respectivement une entrée GPIO 1 , GPI02 et une sortie commune Vcom :
- L'étage 28 (ou circuit doubleur), relatif à l'entrée GPI01 , comprend un transistor Q1 à effet de champ de type P monté avec des diodes D1 , D2 et capacités C1 , C3 ;
- L'étage 29 (ou circuit inverseur), relatif à l'entrée GPI02, comprend un transistor Q2 à effet de champ de type N, monté avec des diodes D3, D4 et capacités C2, C4.
La pompe de charge est donc basée ici préférentiellement sur la combinaison d'un circuit électrique doubleur de tension 28 et d'un circuit électrique inverseur de tension 29 qui peut être alternativement commuté grâce à deux transistors MOS FET et dont la tension de sortie issus de l'une ou de l'autre pompe de charge est combinée sur une seule ligne. Pour l'affichage d'un segment électrophorétique, aucun multiplexage n'est possible, signifiant que chaque segment doit être piloté individuellement par un port GPIO du microcontrôleur.
Deux autres broches sont nécessaires: l'un (20) pour le fond de l'afficheur (zone 20 visible autre qu'un segment, mais considéré comme segment pour le pilotage) et l'autre 18 pour le commun des segments.
Un affichage électrophorétique est un affichage bistable qui signifie que seul un changement d'état doit être piloté. Le fonctionnement de base est le suivant :
- lorsque une tension de + 5V est appliquée entre un segment et l'électrode commune, le segment passe au noir ;
- et lorsque une tension de - 5V est appliquée entre un segment et l'électrode commune, le segment commute vers blanc ;
- Autrement, quand aucune tension n'est appliquée, le segment demeure stable en préservant son état courant (blanc ou noir) ou bien lorsque la valeur absolue de la tension est inférieure à 2,5 volts. Sur le mode de réalisation, les segments 21 , 22, 23 et le fond 20 sont directement reliés aux ports d'entrées/sorties du microcontrôleur présentant une excursion en tension de 0 à 3V.
Une tension Vcom, provenant de la pompe de charge et présentant une excursion en tension de -2V ou +5V par rapport à la masse, est appliquée sur l'électrode commune transparente 18 des segments. Ceci est une conception viable dans la mesure où ces deux valeurs de tension ne peuvent pas être appliquées directement sur ou généré par les ports d'entrées/sorties du microcontrôleur (limitation de l'excursion de la tension de sortie entre 0 et 3V).
Les composants utilisés dans l'exemple réalisé, comprennent un transistor Q1 : N-MOS FET CSD13381 F4 ; un transistor Q2 : P-MOS FET CSD23381 F4 ; Quatre capacités C1 -C4 : 100 nF 10V ; Quatre diodes D1 -D4 : RB521 .
Le fonctionnement de la pompe de charge est le suivant :
La tension de sortie de la pompe de charge Vcom = +5V lorsque :
- Une horloge de 1 KHz ayant un rapport cyclique de 50% est générée sur GPI01 ; - GPI02 est mis à «0» (0V) ;
Dans ce cas, le transistor Q2 est à l'état bloqué et l'étage 29 comprenant la capacité C2 et les diodes D1 , D2 n'a pas d'incidence sur la sortie Vcom. Par contre, l'étage 28 comprenant les composants Q1 , C1 , C3, D1 et D2, forme un doubleur de tension et VCom atteint 5 V en raison de la chute de tension dans les diodes D1 et D2 dans le sens direct.
- La tension de sortie de la pompe de charge Vcom = -2V lorsque :
- GPI01 est mis à "1 " (+3V);
- Une horloge de 1 KHz ayant un rapport cyclique de 50% est générée sur GPI02.
Dans ce cas, le transistor Q1 est à l'état bloqué et l'étage 28 comprenant les composants C1 , D1 , D2 n'a pas d'incidence sur la sortie Vcom ; Par contre, l'étage 29 comprenant les composants Q2, C2, C4, D3 et D4 constitue un inverseur de tension et la tension de sortie VCom atteint -2V en raison de la chute de tension_dans les diodes D3 et D4 dans le sens direct. Alternativement, un autre mode de réalisation possible du générateur peut être un système générateur comprenant deux pompes de charge indépendantes pouvant être activées ou désactivées par le microcontrôleur et générant respectivement +5V et -2V et dont l'une ou l'autre des tensions seraient sélectionnées par un commutateur électronique. Toutefois, une telle réalisation serait plus complexe et onéreuse en raison principalement du commutateur (qui est évité dans le mode préféré).
- La figure 7 illustre des étapes et/ou transitions préconisées (ou préférées) intermédiaires de couleur et/ou d'images du dispositif d'affichage, conforme au mode préféré de l'invention détaillées ci-après. Pour le basculement de couleur ou d'état des zones segments de l'afficheur, l'invention préfère utiliser un cycle particulier de transition d'états des segments (et/ou du fond) (dessin 43) pour un basculement des zones d'affichage du noir au blanc ou inversement. Les dessins 41 , 42 et 43 (fig. 7) illustrent les différentes courbes de changement d'état des segments pour le basculement du chiffre « 1 » au chiffre « 2 ». Chaque courbe de basculement (ou maintien) de couleur de segment référencé b, f, c, e est numérotée respectivement de 1 à 4 comme suit:
- 1 pour un maintien du segment b de noir à noir ;
- 2 pour un maintien du segment f de blanc à blanc ;
- 3 pour le basculement du segment c de noir à blanc ;
- 4 pour le basculement du segment e de blanc à noir.
Aux dessins 42 et 43, sont illustrées en image les transitions intermédiaires de couleur des segments et/ou du fond (ou d'état des segments ou du fond) se déroulant pour effectuer l'opération de changement de chiffre de 1 à 2. Un cycle complet d'affichage comprend la succession de 3 étapes principales :
- une première étape de mise à la couleur blanche de tous les segments (y compris du fond) qui sont noirs pendant un temps préconisé T1 égal à 5 unités de temps (soit 500ms, l'unité étant égal à 100 millisecondes) ;
- suivie d'une seconde étape de mise au noir de l'ensemble des segments (y compris du fond) pendant un temps T2 égal à 7 unités de temps (soit 700ms) ;
- et terminé par une troisième étape de mise à la couleur finale noir des segments affichant le chiffre « 2 » pendant un temps T3 égal à 5 unités de temps (soit 500ms). Le dessin 43 (fig.7), illustre aussi les différentes tensions requises des segments et de l'électrode commune (ITO) pour chaque étape de transition illustrée au dessin 42 (et conforme au mode préféré de l'invention) :
- « Vcom » pour l'électrode commune transparente 18 ;
- « V segment » pour le segment concerné a à f ;
- ainsi que la différence de tension résultant (dV) aux bornes du segment.
A gauche, en ordonnée, se trouvent les zones électriques concernées, respectivement, l'électrode commune transparente 18 (ou ITO), le segment b qui doit se maintenir à la couleur noire, le segment f et le fond qui doivent se maintenir à la couleur blanche, le segment c qui doit basculer de noir à blanc et les segments a, d, e & g qui doivent basculer de blanc à noir.
A droite, en ordonnée, sont indiquées, les tensions appliquées de +5 volts, +3 volts, 0 volt -2 volts et -5 volts à chaque zone électrique susvisée.
L'invention peut prévoit de préférence, pour le pilotage de l'afficheur les étapes et/ou transitions d'image ou de couleur indiquées et respectant les durées et tensions décrites sur la figure 7.
Ces étapes et/ou transitions ci-dessus sont mises en œuvre grâce à un programme P correspondant, enregistré en mémoire du microcontrôleur 24 de la figure 5 (ou mémoire externe au microcontrôleur). Ce programme est exécuté par le microcontrôleur pour commander ou piloter directement les entrées de l'afficheur 2 (via les ports de sortie correspondants « GPI03 à GPIO10 » du microcontrôleur) par un signal de tension égal à 0 ou +3 volts.
Le programme P pilote également, via les ports de sorties GPI01 et GPI02 du microcontrôleur, la tension Vcom de l'électrode transparente (18), via le générateur 26, pour obtenir un signal Vcom de +5 volts, - 2 volts ou 0 volt.
Ainsi, l'invention permet d'augmenter la tension différentielle Vsegment-Vcom appliqués aux segments a à f et/ou du fond tout en utilisant des ports d'entrées / sorties présentant une excursion en tension de 0V à +3V. La compensation pour obtenir une différence de potentiel suffisante de pilotage s'effectue en injectant sur l'électrode commune Vcom 18 une tension / potentiel de +5V ou -2V. On obtient ainsi de écarts de tension dV sur les capsules d'encre 5C peuvent atteindre +5V ou -5V pour changer la couleur et les écarts de tension dV peuvent atteindre +2V ou -2V pour maintenir la couleur.
Vérification de l'équilibre en tension du signal de pilotage en relation avec la figure 7.
Le signal est dit équilibré si la valeur moyenne de la tension est nulle pour l'enchainement des différentes phases sur un cycle complet. Un cycle complet comprend un changement de couleur et un retour à la couleur initiale.
1 ) Noir à noir : L'intégration de la tension du signal sur la période T1 + T2 + T3 pour basculer de noir à noir : (-5 x 5) + (5 x 7) + (- 2 x 5) = 0 ;
2) Blanc à blanc : L'intégration de la tension du signal sur la période T1 + T2 + T3 pour basculer de blanc à blanc : (-2 x 5) + (5 x 7) + (- 5 x 5) = 0 ;
3) Noir à blanc : L'intégration de la tension du signal sur la période T1 + T2 + T3 pour basculer de noir à blanc : (-5 x 5) + (5 x 7) + (- 5 x 5) = -15 ;
4) Blanc à noir : L'intégration de la tension du signal sur la période T1 + T2 + T3 pour basculer de blanc à noir : (-2 x 5) + (5 x 7) + (- 2 x 5) = 15.
Pour un cycle complet, l'invention alterne le cycle 3) noir à blanc, puis le cycle 4) pour basculer de blanc à noir avec éventuellement l'insertion d'étapes 1 ) et 2). L'intégration de la tension du signal des périodes respectives T1 + T2 + T3 pour passer de noir à blanc et des périodes T1 + T2 + T3 pour basculer de blanc à noir : dT = -15 + 15 = 0. L'insertion d'étapes 1 ) et ou 2) pour maintenir la couleur noire ou la couleur blanche ne modifient pas l'équilibre du signal, car l'intégration du signal sur T1 + T2 + T3 pour ces 2 étapes est nul.
Donc, l'équilibre du signal (qui consiste à avoir une valeur moyenne de la tension nulle sur un cycle complet) est atteint par ce schéma de pilotage et de transitions de la figure
7 selon le mode préféré.
Le diagramme d'état de la figure 8 illustre un exemple du procédé (ou programme) d'affichage conforme à un mode élémentaire de l'invention pour un basculement du segment d'une couleur à une autre. A l'étape 100, le programme P démarre pour la première fois et n'a donc encore effectué aucune séquence de pilotage des segments. Ici l'état initial des segments est supposé blanc.
En absence de connaissance de l'historique, le programme peut commander une « mise à zéro » préalable (ou effacement) de l'afficheur en basculant tous les segments et/ou le fond préalablement à une commande d'affichage, en un état de couleur tout blanc ou tout noir. Cela peut se produire notamment lors d'une mise en marche pour la première fois ou suite à un changement de pile par exemple. A tout moment, le programme peut basculer un segment de blanc à noir 200 ou de noir à blanc 300.
Si l'afficheur comprend plusieurs segments, des étapes complémentaires de maintien de la couleur du segment 250, 260 peuvent être exécuté, de façon à avoir des couleurs différentes entre les segments. 2 séquences sont alors possibles :
- Le maintien de la couleur du segment et le basculement des autres segments de noir en blanc (251 & 261 )
- Le maintien de la couleur du segment et le basculement des autres segments de blanc en noir (252 & 262)
En fonction des séquences, le programme P configure les GPIO conformément à la description précédente.
A tout moment (200, 250, 260 & 300), le programme peut être suspendu après l'exécution d'une séquence de pilotage et la mémorisation de préférence, de l'état courant des segments. Un historique des états des segments peut être ainsi gardé en mémoire du microcontrôleur ou mémoire externe pour consultation ultérieure ou bien encore être recalculé en fonction de paramètres internes ou externes au microcontrôleur. Le programme pourra ainsi reprendre le cycle approprié suivant grâce à la connaissance de l'état courant des segments qui a été mémorisé.
Après l'exécution d'une séquence de pilotage, l'afficheur conserve alors les couleurs de chacun des segments, ce dernier étant bistable.
Ces étapes de pilotage du dispositif d'affichage peuvent être conformes à des étapes du programme P, notamment pour la succession des séquences et la durée respectives des séquences préconisées selon le mode préféré de l'invention pour éviter les artefacts décrits précédemment. Le mode préféré de pilotage peut comprendre l'enchainement successif des 3 séquences (étapes ou transitions) :
1 - Homogénéisation en une couleur uniforme de tous les segments y compris le fond en noir ou blanc avec une durée de 5 unités de temps.
2- Inversion de la couleur uniforme de tous les segments y compris le fond en blanc si noir précédemment ou en noir si banc précédemment avec une durée de 7 unités de temps.
3- Mise à jour des segments qui le nécessite en blanc si précédemment noir ou noir si précédemment blanc avec une durée de 5 unités de temps.
L'invention a également pour avantage de permettre une souplesse dans les approvisionnements de composants en évitant une dépendance vis-à-vis d'un microcontrôleur spécifique intégrant un pilote d'écran électrophorétique (les pilotes électrophorétique ou EPD intégré dans au microcontrôleur étant peu répandus). Elle permet de réduire les coûts dans la mesure où les microcontrôleurs standards avec les composants externes supplémentaires peuvent être plus compétitifs que les microcontrôleurs avec pilote électrophorétique intégré. Ce système de pilotage à l'avantage d'utiliser des composants standards dont les épaisseurs sont compatibles avec un facteur de forme de type carte à puce.
L'invention peut s'appliquer à tout autre appareil électrique utilisant des afficheurs à segments (tels que des afficheurs numériques, alphanumériques ou des voyants indicateurs) et ayant un microcontrôleur de pilotage de l'affichage conçu pour délivrer sur des ports de sortie, une tension maximale inférieure en valeur absolue à la tension de fonctionnement de l'afficheur.
En particulier, tout dispositif à afficheur électrophorétique bistable à segments, alimenté notamment par une tension inférieure à +5 volts, pourrait mettre en œuvre l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de réalisation d'un dispositif d'affichage électrophorétique à segments (25) comportant un afficheur bistable (2) fonctionnant avec des tensions prédéterminées opposées (+dV ;-dV) et un circuit électronique (25) avec microcontrôleur (24) pour le pilotage de l'afficheur selon un programme de pilotage (P), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- fourniture dudit microcontrôleur (24), ce dernier étant distinct d'un contrôleur spécifique d'affichage pour afficheur bistable et étant configuré pour délivrer des tensions (Vsegment) sur des ports d'entrées/sorties, inférieures en valeur absolue aux tensions prédéterminées (+dV ;-dV) et
- compensation des tensions (Vsegment) avec au moins une tension de compensation (Vcom) pour au moins atteindre lesdites tensions prédéterminées opposées (+dV ;- dV).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite compensation (Vcom) s'effectue à l'aide d'un générateur de tension (26).
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit programme de pilotage (P) pilote ledit générateur de tension pour fournir ladite tension de compensation (Vcom).
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit générateur de tension (26) est configuré pour fournir des valeurs de tension égales à (+5 ; -2) volts sur une seule sortie (Vcom).
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (24) est configuré pour fournir un couple de tensions (Vsegment) égal ou proche de (+3 ; 0) volts sur des ports d'entrées / sorties.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit programme (P) prévoit des valeurs de tension égales à (-5V, +5V) pour piloter un basculement de couleur des segments ou du fond de l'afficheur et des valeurs de tensions égales à (- 2V, +2V) pour un maintien des couleurs des segments ou du fond.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (24) comprend des ports d'entrées sorties GPIO pouvant être piloté individuellement avec un état « 0 », « 1 » et haute impédance (HIZ).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit programme (P) prévoit l'enchaînement successif des séquences :
- homogénéisation en une couleur uniforme de tous les segments y compris le fond en noir ou blanc avec une durée de 5 unités de temps ;
- inversion de la couleur uniforme de tous les segments y compris le fond en blanc si précédemment noir ou en noir si précédemment blanc avec une durée de 7 unités de temps ;
- mise à jour des segments qui le nécessite en blanc si précédemment noir ou noir si précédemment blanc avec une durée de 5 unités de temps.
9. Dispositif d'affichage (25) électrophorétique à segments comportant un afficheur bistable (2) fonctionnant avec des tensions prédéterminées opposées (+ dV ; - dV) et un circuit électronique (1 A) avec microcontrôleur (24) pour le pilotage de l'afficheur selon un programme de pilotage (P), caractérisé en ce qu'il comprend :
- ledit microcontrôleur (24), ce dernier étant distinct d'un contrôleur spécifique d'affichage pour afficheur bistable et étant configuré pour délivrer des tensions
(Vsegment) sur des ports d'entrées/sorties, inférieures en valeur absolue aux tensions prédéterminées (+dV ;-dV),
- un générateur (Vcom) de tension de compensation configuré pour compenser lesdites tensions (Vsegment) et atteindre au moins lesdites tensions prédéterminées opposées (+ dV ; - dV).
10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le générateur de tension (26) comprend une pompe de charge hybride combinant un circuit doubleur de tension (28) et un circuit inverseur (29) de tension, les tensions de sortie respectives du circuit doubleur (28) et du circuit inverseur (29) étant combinées alternativement sur une seule sortie (27) de la pompe de charge (26).
1 1 . Dispositif selon l'une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que le microcontrôleur comprend un programme de pilotage (P) pour fournir les tensions à des instants et pendant des durées conformes (T1 , T2, T3) à un schéma de pilotage équilibré de façon à ce que la valeur moyenne de la tension vu de chacun des segments soit proche de 0 volt.
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