Ansteuerung elektrochromer Displays

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum pixelindividuellen Färben und / oder Entfärben bei einer aus elektrochromen Pixeln aufgebauten Anzeigeeinrichtung, bei dem zum Färben /Entfärben der Pixel ein Arbeitsbereich verwendet wird, der zu kleinen Werten hin näherungsweise durch eine Aktivierungsspannung (Uf) begrenzt ist, und bei dem die nicht zu färbenden / entfärbenden Pixel mit einer Vorspannung (Ue) beaufschlagt werden, die noch keinen Farbumschlag bewirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum pixelindividuellen Färbern und / oder Entfärben bei einer aus elektrochromen Pixeln aufgebauten Anzeigeeinrichtung.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] Eine Ansteuerung mit einer Aktivmatrix hat Kostennachteile.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die vorstehend beschriebenen Probleme zu beseitigen.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine erheblich schnellere Bilddarstellungen, da die Pixel nicht von Grund auf geladen werden müssen.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] Weiter können alle Pixel in einem Display gleichzeitig gelöscht werden.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] 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.

[0025] Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Umpolen der Löschspannung beziehungsweise die Wechsel-Löschspannung mit einem vorhergehenden aktiven Löschimpuls kombiniert werden.

[0026] 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.

[0027] Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden während der Anzeige von Texten oder sonstigen Bildinhalten auftretende Schattierungen durch unterschiedliche Restladungen der einzelnen Pixel des Hintergrundes beseitigt.

Ansprüche

1. Verfahren zum pixelindividuellen Färben und / oder Entfärben bei einer aus elektrochromen Pixeln aufgebauten Anzeigeeinrichtung,
bei dem zum Färben / Entfärben der Pixel ein Arbeitsbereich verwendet wird, der zu kleinen Werten hin näherungsweise durch eine Aktivierungsspannung (Uf) begrenzt ist, und bei dem die nicht zu färbenden / entfärbenden Pixel mit einer Vorspannung (Ue) beaufschlagt werden, die noch keinen Farbumschlag bewirkt.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1,
bei dem die Vorspannung (Ue) durch Impulse bewirkt wird.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1,
bei dem zum Entfärben der Pixel eine Löschspannung (Ue) mit wechselnder Polarität und mit einem Wert knapp unterhalb der Aktivierungsspannung (Uf) der Pixel an diese angelegt wird.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1,
bei dem diese polaritätswechselnde Löschspannung (Ue) mit einem vorhergehenden unipolaren Löschimpuls kombiniert wird.

Zeichnung