用于驱动电光显示器的方法
专利名称：用于驱动电光显示器的方法
技术领域：
本发明涉及用于驱动电光显示器的方法，特别是用于驱动双稳电光显示器的方 法，以及在这样的方法中使用的装置。更具体地说，本发明涉及旨在使多个驱动方案能够被 同时使用来更新电光显示器的驱动方法。本发明尤其(但并不排他地)旨在用于基于粒子 的电泳显示器，在该基于粒子的电泳显示器中，一种或者多种类型的带电粒子存在于流体 中并且在电场的影响下移动经过该流体以改变显示器的显现(appearance)。
背景技术：
在美国专利No. 7，012，600中详细地论述了关于电光显示器的背景术语和技术水 平，读者可参照该美国专利获得进一步的信息。因此，将该术语和技术水平简要总结如下。作为应用于材料或者显示器的术语“电光”，其在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是具有第一和第二显示状态的材料，该第一和第二显示状态的至少一个光学 性质不同，通过向所述材料施加电场使该材料从其第一显示状态改变到第二显示状态。尽 管光学性质通常是人类肉眼可察觉的颜色，但是可以是其它光学性质，例如光学透射率，反 射率，亮度，或者在旨在用于机器读取的显示器的情况下，为就可见光谱区外的电磁波长的 反射率的变化的意义而言的伪颜色。术语“灰度状态”在此处使用其在成像领域中的常规含义，指的是处于像素的两 个极端光学状态中间的状态，而并不一定意味这两个极端状态之间的黑色-白色转变。例 如在下面引用的几个专利和公开的申请描述的电泳显示器中，所述极端状态是白色和深蓝 色，从而中间“灰度状态”实际上是浅蓝色。实际上，如已经提到的，两个极端状态之间的转 变可以根本不是颜色改变。术语“双稳的”和“双稳定性”在此处使用其在本领域中的常规含义，指的是包括 具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示状态至少有一种光学 性质不同，从而在利用具有有限持续时间的寻址脉冲驱动任何给定元件以呈现其第一或第 二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续至少几倍于(例如至少4倍于)改变 该显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的时间。术语“激励(impulse)”在此处使用其常规含义，表示电压相对于时间的积分。然 而，一些双稳电光介质用作电荷传感器(transducer)，对于这样的介质可以使用激励的另 一个定义，即电流对时间的积分(等于施加的总电荷)。依赖于介质用作电压-时间激励传 感器还是用作电荷激励传感器，应该使用激励的适当定义。下面的多数讨论将集中于用于驱动电光显示器的一个或者多个像素实现从初始 灰度级到最终灰度级(可以与初始灰度级不同或者相同)的转变的方法。将使用术语“波 形”指代用于实现从一个特定的初始灰度级转变到特定的最终灰度级的整个电压对时间曲 线。典型地，这样的波形将包括多个波形单元；其中这些单元基本上是矩形(即其中给定单 元包括在某一时间段内施加恒定电压)；可以将所述单元称为“脉冲”或者“驱动脉冲”。术 语“驱动方案”指的是对于特定显示器足以实现灰度级之间的全部可能的转变的一组波形。已知几种类型的电光显示器，例如(a)旋转双色部件显示器(例如参见美国专利No. 5，808，783 ；5, 777，782 ； 5，760，761 ；6，054，071 ；6，055，091 ；6，097，531 ；6，128，124 ；6，137，467 以及 6，147，791)；(b)电致变色显示器(例如参见 0’Regan，B.等人的 Nature 1991,353,737 ；Wood， D.的 Information Display, 18 (3)，24 (2002 年 3 月)；Bach, U.等人的 Adv. Mater.，2002， 14(11)，845 ；以及美国专利 No. 6，301，038 ；6，870，657 和 6，950，220)；(c)电湿润显示器(例如参见 Hayes，R. Α.等人在 Nature，425，383-385 (2003 年 9 ^ 25 H ) 43^ + "Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting" 一文以及美国专利公开No. 2005/0151709)；(d)基于粒子的电泳显示器，其中多个带电粒子在电场的影响下移动经过流 体(参见美国专利 No. 5，930，026 ;5，961，804 ;6，017，584 ;6，067，185 ;6，118，426 ； 6，120，588 ；6，120，839 ；6，124，851 ；6，130，773 和 6，130，774 ；美国专利申请公开 No.2002/0060321 ；2002/0090980 ；2003/0011560 ；2003/0102858 ；2003/0151702 ； 2003/0222315 ；2004/0014265 ；2004/0075634 ； 2004/0094422 ；2004/0105036 ；2005/0062714 和 2005/0270261 ；以及国际专利申请公开 No. WO 00/38000 ；WO 00/36560 ； WO 00/67110 和 WO 01/07961 ；以及欧洲专利 No. 1，099，207 Bl 和 1，145，072 Bi;以及在前 述美国专利No. 7，012，600中论述的其它MIT和E Ink的专利和申请)。存在电泳介质的几种不同的变形。电泳介质可以使用液态或者气态流体；对于气 态流体例如参见Kitamura，Τ.等人2001年在IDW Japan, Paper HCSl-I中发表的标题为 "Electrical toner movement for electronic paper-like display，，以及 Yamaguchi, Y.等人 2001 年在 IDW Japan, Paper AMD4-4 中发表的标题为"iToner display using insulative particles charged triboelectrically” ；美国专利公开 No. 2005/0001810 ; 欧洲专利申请 1，462，847 ； 1，482，354 ； 1，484，635 ； 1，500，971 ； 1，501，194 ； 1，536，271 ； 1，542，067 ； 1，577，702 ； 1，577，703 和 1，598，694 ；以及国际申请 WO 2004/090626 ；WO 2004/079442和W02004/001498。介质可以为封装的，包含大量的小囊(capsule)，每一个 小囊本身包含内相以及环绕内相的囊壁，该内相包含悬浮在流体悬浮介质中的电泳移动 粒子。典型地，这些囊本身被保持在聚合物粘合剂内以形成位于两个电极之间的粘附层 (coherent layer)；参见上述的MIT和E Ink专利和申请。可替代地，在封装的电泳介质 中围绕离散的微囊的壁可以由连续相代替，因而产生所谓的聚合物分散的电泳显示器，其 中电泳介质包含电泳流体的多个离散的微滴以及聚合物材料的连续相；例如参见美国专利 No. 6，866，760。为了本申请的目的，将这样的聚合物分散的电泳介质看作是封装的电泳介 质的子类。另一种变形是所谓的“微单元电泳显示器”，其中带电粒子和流体被保留在形成 在载体介质内的多个腔内，该载体介质通常是聚合物膜；例如参见美国专利No. 6，672，921 和 6，788，449。封装的电泳显示器通常不遭受传统电泳设备的聚集和沉淀的失效模式的影响并 且具有另外的优点，例如可以在各种不同柔性和刚性衬底上印刷或者涂覆该显示器。(使用 “印刷”一词旨在包括印刷和涂覆的所有形式，包括但并不局限于预调式涂覆，例如小块模 具型涂覆(patch die coating)，狭缝式或挤压式涂覆，坡流式或阶式涂覆，淋幕式涂覆；压 辊涂覆，例如辊式刮刀涂覆、前向和反向辊涂覆；凹版印刷涂覆；浸渍涂覆；喷涂；弯液面涂 覆；旋涂；刷涂；气刀涂覆；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；以 及其它类似的技术。)因而，所产生的显示器能够是柔性的。进而，由于可以印刷显示介质 (使用各种方法)，能够便宜地制造显示器本身。尽管电泳介质通常是不透明的(例如，由于在许多电泳介质中，粒子基本上阻挡 可见光通过显示器的透射)并且工作在反射模式下，但是可以使许多电泳显示器工作在所 谓的“快门模式”下，在该模式下一种显示状态是基本上不透明的而一种显示状态是光透射 的。例如参见前述的美国专利No. 6，130，774和6，172，798，以及美国专利No. 5，872，552 ； 6，144，361 ；6, 271，823 ；6, 225，971 ；和6，184，856。与电泳显示器类似但是依赖于电场强度 变化的介电泳显示器可以工作在类似的模式下；参见美国专利No. 4，418，346。基于粒子的电泳显示器的双稳或者多稳性能、以及其它电光显示器显示的类似性 能(为了方便起见，以下将这样的显示器称为“脉冲驱动的显示器”)与传统液晶(“LC”) 显示器的性能形成鲜明对照。扭曲向列液晶不是双稳或者多稳的，而是用作电压传感器，从 而将给定电场施加到这样显示器的像素会在该像素处产生特定的灰度级，而与先前在该像 素处呈现的灰度级无关。而且，LC显示器被仅沿一个方向驱动(从非透射或者“暗”到透射或者“亮”)，通过降低或者去除电场实现从较亮状态到较暗状态的反向转变。最终，LC显 示器的像素的灰度级对电场的极性不敏感而仅对其强度敏感，并且实际上由于技术原因， 商用LC显示器通常以频繁的间隔使驱动场的极性反转。相比而言，双稳电光显示器近似于 作为激励传感器工作，从而像素的最终状态不仅取决于施加的电场以及该电场施加的时间 段，而且还取决于施加电场之前该像素的状态。无论使用的电光介质是否是双稳的，为了获得高分辨率显示器，显示器的各个像 素必须是可寻址的而不受相邻像素的干扰。实现该目的的一种方式是提供诸如晶体管或者 二极管的非线性元件的阵列，其中每一个像素与至少一个非线性元件相关联，以产生“有源 矩阵”显示器。将对一个像素进行寻址的寻址或者像素电极通过相关联的非线性元件连接 到合适的电压源。典型地，在非线性元件是晶体管时，将像素电极连接到该晶体管的漏极， 并且在下面的描述中也假设为这种结构，尽管其本质上是任意的并且可以将像素电极连接 到晶体管的源极。通常，在高分辨率阵列中，将像素设置为行和列的二维阵列，从而通过一 个指定行和一个指定列的交叉唯一限定任意特定的像素。将每一列中所有晶体管的源极都 连接到单个列电极，而将每一行中所有晶体管的栅极都连接到单个行电极；同样，源极连接 到行以及栅极连接到列的设置是惯用的，然而这种连接本质上是任意的，并且根据需要可 以颠倒。将行电极连接到行驱动器，这基本上确保了在任意给定时刻仅选择一个行，即，给 选择的行电极施加一电压以确保位于该选择的行中的所有晶体管都导通，同时给所有其它 行施加一电压以确保位于这些没被选择的行中的所有晶体管都保持非导通。将列电极连接 到列驱动器，列驱动器在不同列电极上施加选择的电压用于将位于选择的行中的像素驱动 到其期望的光学状态。(前述电压是相对于公共前电极而言的，该公共前电极通常设置在光 电介质中非线性阵列的相对侧上并且在整个显示器上延伸。)在被称为“线地址时间”的预 选择间隔之后，取消选择所选择的行，选择下一个行，并且改变列驱动器上的电压以使得显 示器的下一条线被写入。重复该过程以按照逐行的方式对整个显示器进行写入。初看起来，用于寻址这样的激励驱动的电光显示器的理想方法是所谓的“通用灰 度级图像流”，其中控制器设置图像的每一个写入以使得每一个像素从其初始灰度级直接 转变到其最终灰度级。然而，在激励驱动的显示器上写入图像时会不可避免地存在一些误 差。实践中遇到的一些这样的误差包括(a)先前状态依赖；对于至少一些电光介质，将像素切换到新的光学状态所需的 激励不仅依赖于电流和期望的光学状态，而且还依赖于该像素的先前光学状态。(b)停留时间依赖；对于至少一些电光介质，将像素切换到新的光学状态所需的 激励依赖于该像素已经在其各种光学状态下花费的时间。尽管没有很好地理解该依赖的精 确本质，但是总体来说像素在其当前光学状态下的时间越长，就需要更多的激励。(c)温度依赖；将像素切换到新的光学状态所需的激励严重依赖于温度。(d)湿度依赖；对于至少一些类型的电光介质，将像素切换到新的光学状态所需 的激励依赖于环境湿度。(e)机械均勻性；将像素切换到新的光学状态所需的激励会受到显示器中的机械 变化影响，例如电光介质或者相关联的层叠粘合剂的厚度变化。其它类型的机械非均勻性 会由介质的不同制造批次之间不可避免的变化，制造公差和材料变化引起。(f)电压误差；由于驱动器传送的电压中不可避免的轻微误差，施加到像素的实际激励将不可避免地与理论施加的激励稍有差别。通用灰度级图像流会遭受到“误差累积”现象的影响。例如，假想在每次转变过程 中，温度依赖导致在正方向上的0. 2L*的误差(其中L*具有通常的CIE定义L* = 116(R/Rq)1/3-16，其中R是反射率并且Rtl是标准反射率值)。在50次转变之后，该误差将累积达到 10L*。或许更加实际地，假设按照显示器的理论和实际反射率之间的差值表示的每一次转 变的平均误差是士0. 2L*。在100次连续转变之后，像素的显示与其预期状态相比具有2L* 的平均偏差；在某些类型的图像上，这样的偏差对于一般观察者来说是明显的。这种误差累积现象不仅适用于由于温度的误差，而且还适用于上面列出的所有类 型的误差。如在前述美国专利No. 7，012，600中描述的，补偿这样的误差是可能的，但是仅 能达到有限的精确程度。例如，通过使用温度传感器和查询表能够补偿温度误差，但是温 度传感器具有有限的分辨率并且读取的温度会与电光介质的温度稍有不同。类似地，通过 存储先前状态并且使用多维转换矩阵能够补偿先前状态依赖，但是控制器存储器限制了能 够被记录的状态数量以及能够被存储的转换矩阵的大小，对这种类型补偿的精度产生了限 制。因而，通用灰度级图像流要求对施加的激励进行非常精确的控制以给出良好的结 果，并且根据经验已经发现，在电光显示器技术的当前水平下，通用灰度级图像流在商用显 示器中不可行。在一些情况下，会期望单个显示器使用多个驱动方案。例如，具有多于两个灰度级 的显示器可以利用能够实现在所有可能的灰度级之间转变的灰度级驱动方案(“GSDS”)， 以及实现仅在两个灰度级之间转变的单色驱动方案(“MDS”)，MDS提供了比GSDS更快的 显示器重写。当在显示器的重写期间被改变的所有像素都是仅在MDS使用的两个灰度级之 间进行转变时，使用该MDS。例如，前述美国专利No. 7，119，772描述以电子书或者类似设备 形式存在的显示器，该显示器能够显示灰度级图像而且还能够显示允许用户输入与显示的 图像相关的文本的单色对话框。在用户输入文本时，使用快速MDS以快速更新对话框，因而 为用户提供被输入文本的快速确认。另一方面，在改变在显示器上显示的整个灰度级图像 时，使用较慢的GSDS。更具体地说，目前的电泳显示器在灰度级模式中的更新时间约为1秒，并且在单 色模式下的更新时间为500毫秒。此外，许多当前显示控制器在任意给定时间仅可以利用 一个更新方案。结果是，该显示器响应不够及时以对诸如键盘输入或者选择栏的滚动这样 的用户快速输入做出反应。这限制了对于交互性应用的显示器的可应用性。从而，期望提 供一种驱动装置和相应的驱动方法，该方法提供驱动方案的组合，以允许由快速驱动方案 来更新显示器的一部分，而显示器的剩余部分继续由标准灰度级驱动方案来更新。
发明内容
本发明的一个方面涉及用于驱动允许对用户输入快速响应的电光显示器的数据 结构、方法和设备。前述的MEDEOD应用描述了用于驱动电光显示器的多种方法和控制器。 这些方法和控制器的大部分使用具有两个图像缓存器的存储器，第一个图像缓存器保存第 一或者初始图像(在显示器切换(transition)或者重写开始时呈现在显示器上)并且第二图像缓存器保存最终图像，期望最终图像在重写之后呈现在显示器上。控制器比较初始 和最终图像，如果它们不同，则向显示器的各个像素施加驱动电压，该驱动电压会使得像素 的光学状态变化，使得在重写(亦可被称为更新)结束时在显示器上形成最终图像。然而，在大部分前述方法和控制器中，更新操作是“原子级的”(atomic)，意思是一 旦开始更新，则直到更新完成存储器都不能再接受任何新的图像数据。由于在更新作用时 控制器不响应于用户输入，所以这在期望将显示器用于接受用户输入的应用时出现困难， 用户输入例如经由键盘或者类似数据输入装置。对于电泳介质，其中在两个极端光学状态 之间的转变会占用几百毫秒，该不响应时间在大约800到大约1800毫秒的范围变化，该时 间的大部分用于电光材料所需的更新周期。尽管不响应周期的长度可以通过移除增加更新 时间的一些性能假象(artefact)和通过改进电光材料的响应速度来降低，但是仅是这样 的技术不太可能将不响应时间降低到大约500毫秒以下。对于诸如电子词典这样的用户期 望对其输入快速响应的交互式应用的需求而言，这仍旧太长。因此，需要具有不响应周期降 低的图像更新方法和控制器。前述2005/(^806 描述了利用异步图像更新的原理(参见^iou等人在SID论文 集 2004 中的 “Driving an Active Matrix Electrophoretic Display”)来大致降低不响 应周期的驱动方案。相比于现有方法和控制器，论文中描述的方法使用已经为灰度级图像 显示器开发的结构使不响应时间降低约达65%，而仅适度增加了控制器的复杂度和存储器需求。更具体地，前述2005/(^806 描述了用于更新具有多个像素的电光显示器的两 种方法，每个像素可以实现至少两个不同的灰度级。第一种方法包括(a)、提供布置用来接收限定显示器的每个像素的期望最终状态的数据的最终数 据缓存器；(b)、提供布置用来保存限定显示器的每个像素的初始状态的数据的初始数据缓 存器；(c)、提供布置用来保存限定显示器的每个像素的目标状态的数据的目标数据缓 存器；(d)、确定初始和最终数据缓存器中的数据何时不同，并且当发现这样的区别时更 新目标数据缓存器中的值，通过(i)当初始和最终数据缓存器包含对于特定像素的相同 值，则将目标数据缓存器设置为该值；(ii)对于特定像素当初始数据缓存器包含大于最终 数据缓存器的值，则将目标数据缓存器设置为初始数据缓存器的值加上增量；并且(iii) 对于特定像素当初始数据缓存器包含小于最终数据缓存器的值，则将目标数据缓存器设置 为初始数据缓存器的值减去该增量；(e)、使用初始数据缓存器和目标数据缓存器中的数据分别作为每个像素的初始 和最终状态来更新显示器上的图像；(f)、在步骤(e)之后，将来自目标数据缓存器的数据复制到初始数据缓存器中； 和(g)、重复步骤(d)-(f)，直到初始和最终数据缓存器包含相同的数据。第二种方法包括(a)、提供布置用来接收限定显示器的每个像素的期望最终状态的数据的最终数据缓存器；(b)、提供布置用来保存限定显示器的每个像素的初始状态的数据的初始数据缓 存器；(c)、提供布置用来保存限定显示器的每个像素的目标状态的数据的目标数据缓 存器；(d)、提供布置用来保存显示器的每个像素的极性位的极性位阵列；(e)、确定初始和最终数据缓存器中的数据何时不同，并且当发现这样的区别时更 新极性位阵列和目标数据缓存器中的值，通过(i)当初始和最终数据缓存器中对于特定像 素的值不同并且初始数据缓存器中的值表示像素的极端光学状态，则将像素的极性位设置 为表示向着相对的极端光学状态转变的值；并且(ii)当初始和最终数据缓存器中对于特 定像素的值不同，则根据极性位阵列中的相关值，将目标数据缓存器设置为初始数据缓存 器的值加上或者减去增量；(f)、使用初始数据缓存器和目标数据缓存器中的数据分别作为每个像素的初始 和最终状态来更新显示器上的图像；(g)、在步骤(f)之后，将来自目标数据缓存器的数据复制到初始数据缓存器中； 和(h)、重复步骤(e)-(g)，直到初始和最终数据缓存器包含相同的数据。任何上述现有技术都未能提供一种通用的解决方案，用于解决在单个显示器上同 时使用多个驱动方案的问题。在前述美国专利No. 7，119，772中，在任意一个时间，仅应用 两个驱动方案的其中一个；单色或者类似驱动方案是“局部的”驱动方案，意思是仅更新需 要改变的像素，并且因此仅在文本框或者类似所选区域中操作。如果显示器的所选区域之 外的部分需要改变，则显示器必须切换回到较慢的全灰度级驱动方案，使得不可能快速更 新所选区域，其中未选区域正被改变。类似地，尽管前述2005/(^806 提供在开始新的更 新之前降低“等待”时间的一种方法，但是在任意一个时间仅可以使用单个驱动方案。需要一种驱动双稳电光显示器的方法，其允许同时使用多个驱动方案。例如，在前 述美国专利No. 7，119，772中使用的文本框/背景图像例子中，一边滚动显示背景中所显示 的一组图像，一边用键盘或者手写笔在文本框区域中标注对于用户通常是很方便的。许多 电光显示器还利用所谓的“菜单栏操作”，其中一组单选按钮指示菜单上哪个项目被选择， 并且在这些操作中重要的是，快速更新单选按钮区域以使用户不会意外进行错误的选择。 还很期望用于驱动双稳电光显示器的方法允许同时使用具有不同的更新周期的多个驱动 方案(例如，单色驱动方案典型地具有比灰度级驱动方案更短的更新周期)，并且允许多个 驱动方案的每一个独立于其它驱动方案来开始重写显示器的该驱动方案的部分；如果使用 快速单色驱动方案的新的更新仅可以在完成背景区域的更慢灰度级驱动方案更新之后开 始，则极大地减小了用于更新菜单栏的快速单色驱动方案的有效性。本发明提供了一种数 据结构、用于驱动双稳电光显示器的方法以及满足这些需求的电光显示器。因此，本发明提供一种用于控制具有多个像素的双稳电光显示器的数据结构，该 数据结构包括像素数据存储区域，布置为对于显示器的每个像素保存表示像素初始状态的数 据，表示像素的期望最终状态的数据和表示应用到该像素的驱动方案的驱动方案索引号；以及驱动方案存储区域，布置为保存表示多个驱动方案的数据，驱动方案存储区域至 少保存由保存在像素数据保存区域中的驱动方案索引号所指代的全部驱动方案。在此数据结构的优选形式中，驱动方案存储区域还对于每个驱动方案保存表示自 使用驱动方案作用的当前更新的开始的周期的时间数据。本发明还提供一种用于驱动具有第一多个像素的双稳电光显示器的方法，该方法 包括对于显示器的每个像素，保存表示像素的初始状态的数据，表示像素的期望最终 状态的数据和表示应用到该像素的驱动方案的驱动方案索引号；保存表示多个驱动方案的数据，驱动方案在数量上至少等于对于显示器的多个像 素保存的不同驱动方案索引号；并且对于显示器的至少第二多个像素，产生表示施加到第二多个像素的每一个的激励 的输出信号，对于第二多个像素的每一个，该输出信号的产生依赖于像素的初始和最终状 态、驱动方案索引号以及表示由驱动方案索引号指代的驱动方案的保存的数据。在该方法的优选形式中，还对于所保存驱动方案的每一个保存一个时间值，并且 输出信号的产生依赖于和由驱动方案索引号指代的驱动方案相关的时间值。本发明延伸到具有多个像素并且包括本发明的数据结构的双稳电光显示器，并且 延伸到布置用来执行本发明的方法的这样的双稳电光显示器。本发明的显示器可以用在已经使用现有技术电光显示器的任意应用中。因此，例 如本显示器可以用在电子书阅读器、便携式笔记本、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标识牌 (sign)、手表、货架标签和闪存。
图1的附图是本发明的数据结构示意图；图2是利用图1的数据结构的电光显示器的操作模式的示意图。
具体实施例方式如上所表明的，本发明提供用于操作双稳电光显示器的数据结构和方法。数据结 构和操作的方法允许在显示器中同时使用多个驱动方案。在本发明的数据结构和方法的优 选形式中，多个驱动方案可以在不同时间开始并且因此互相独立运行。本方法的优选形式中使用的多种驱动方案可以在不同时间开始，这一点并不暗示 任何给定驱动方案可以在任何任意的时间开始；由电光显示器驱动的方式，驱动方案的开 始当然会受特定的限制。如前MEDEOD应用中讨论的，绝大部分高分辨率的显示器使用有源 矩阵背板，具有布置成由行电极和列电极限定的二维矩阵的像素电极。行驱动器每次选择 一行像素电极，并且将适当的电压施加在列电极上来给所选择的行中的电极提供期望的电 压。在适当的间隔之后，取消对之前选择的行的选择并且选择下一行，使得以逐行的方式扫 描像素电极的整个矩阵。整个矩阵的扫描通常耗费大约20毫秒。当选择用于这样的有源矩阵显示器的驱动方案时，为了避免不期望的图像伪像， 需要通过将驱动方案的每个波形划分为帧而使用显示器的扫描来同步驱动方案，每个帧表示显示器的扫描的整数个数(通常就是一)，对于任意像素所施加的电压在任一帧中保持 稳定。在这样的有源矩阵显示器中，所使用的所有驱动方案必须使用相同的帧，并且驱动方 案仅可以在新帧开始时开始，即在“帧边界”处。所使用的所有波形还必须占用整数数量的 帧，并且给定驱动方案中的所有波形必须占用同样数量的帧，但是不同的驱动方案可以占 用不同数量的帧。注意，在所谓“直接驱动”显示器中没有这样的限制，其中每个像素配备 单独的导体，使得每个像素上的电压可以以任意方式来改变，并且不需要帧。当本数据结构 和方法用在有源矩阵显示器中时，对于为每个驱动方案所保存的时间值简单地表示从驱动 方案开始已经过去的帧的数量，这是方便的，每次该数量降低到零时，完成显示器的相关区 域的重写。图1的附图示出本发明的数据结构(总的标以100)。数据结构100包括像素数据 存储区域(总的标以10 和驱动方案存储区域(总的标以104)。像素数据存储区域102 分为初始状态存储区域106、最终状态存储区域108和驱动方案选择器区域110。三个区域 106、108和110的每一个布置为保存显示器的每个像素的一个整数。初始数据存储区域106 保存每个像素的初始灰度级，并且最终状态存储区域108保存每个像素的期望的最终灰度 级。驱动方案选择器区域110对于每个像素保存指示多个可能的驱动方案的哪一个正在被 用于相关像素的整数。如图1所示，驱动方案选择器区域110正在保存值“1”用于单个矩 形112中的所有像素，值“2”用于三个小的矩形114的每一个中的每个像素(旨在用作单 选按钮)和值“3”用于所有其他像素。对于计算机技术领域的普通技术人员明显的是，尽管区域106、108和110在图1 中示为占用存储器的分立区域，但实际上这并不是最便利的方式。例如，对于和每个像素相 关的数据，更便利地是将它们集合在一起形成单个长“字”。例如，如果每个像素和区域106 中的四位字、区域108中的四位字以及区域110中的四位字相关，则最便利的是将数据保存 为十二位的字串，每一个像素一个，前四位限定初始灰度级，中间四位限定最终灰度级，并 且最后四位限定驱动方案。还对于本领域内的普通技术人员明显的是区域106、108和110 不需要尺寸相同；例如如果显示器是64灰度级(六位)显示器，其只能使用四个同步驱动 方案，区域106和108将对于每个像素保存六位，而区域110仅需要对于每个像素保存两 位。此外，尽管区域110在图1中示出用来保存对于显示器每个像素的驱动方案选择 器的值，但这并不是严格必须的。本发明可以修改为使得区域110中的每个保存的值可以 确定应用到一组相邻像素(例如2X2或者3X3的像素组)的驱动方案。事实上，可以基于 大于所控制的灰度级的像素的“超级像素”来选择驱动方案。然而，由于区域110所需的存 储空间的大小通常不是主要问题，所以并不建议采用该方法，并且因为控制基于每个像素 使用的驱动方案的能力允许不同区域使用不同驱动方案以具有完全任意的形状，所以这种 能力是有用的。例如，当具有(例如)VGA分辨率(640X480)的显示器用来显示菜单系统， 且通过点击单选按钮来选择单个菜单项目时，控制基于每个像素使用的驱动方案的这种能 力允许使用在个人计算机程序中通常使用的类型的单选按钮，所述每个按钮显示永久环并 且所选择的按钮显示在其环中具有实心黑圈，而不是使用简单的矩形区域作为单选按钮。区域108和110中的数据由主机116经由数据线118和120分别直接写入。以下 详细描述数据写入区域106的方式。
图1中示出的驱动方案存储区域104包括一组行，每行包括查询表(标以LUT1、 LUT2等)和时间整数(标以T1、T2等)。时间整数表示相关驱动方案开始以来已经过去的 帧的数量。可以理解的是，不同的查询表可以具有不同的尺寸；例如，如果显示器是16灰度 级G位)显示器，则一个完整的灰度级查询表需要256项(16个初始状态X 16个最终状 态)，而对于显示器的单色区域的查询表仅需要4项。如上所述，图1是高度示意性地，并且图2提供稍实际的，但仍旧示意性示出在实 际中如何驱动双稳电光显示器的示意图。如图1中所示，图2中所示系统由主机116控制， 主机116将驱动方案选择数据经由数据线120馈送到驱动方案选择器区域110。然而，在图 2中所示的系统中，主机116将表示要在显示器上显示的新图像的图像数据经由数据线118 馈送到图像缓存器222。图像数据被从该图像缓存器经由数据线IM异步复制到最终状态 存储区域108。区域106、108和110中的数据被异步复制到更新缓存器226中，由此数据被分别 复制到标以106，、108，、110，、和106”、108”、110”的两个阴影数据存储区域。数据按适当的 时间间隔被从存储区域108”复制到存储区域106，从而提供如上所述的初始灰度级数据。阴影数据存储区域106’、108’、110’、用来以本发明的方法计算输出信号。如前述 MEDEOD应用中描述的，查询表基本包括二维矩阵，矩阵的一个轴表示像素的初始状态并且 另一个轴表示像素的期望最终状态。查询表中的每项限定实现从初始状态到最终状态转变 所需的波形，并且典型地包括表示在帧串期间施加到像素电极的电压的一串整数。对于每 个连续像素，显示控制器(图2中未明确示出)从区域110’读取驱动方案选择器号码，确 定相关查询表，并且随后从所选择的查询表使用分别来自区域106’和108’的初始和最终 状态数据读取相关项。显示器控制器还将其内部时钟(未示出)和与所选择的查询表相关 联的时间整数进行比较，来确定所选择的查询表项中的哪一个整数和当前帧相关，并且在 输出信号线230上输出相关整数。多个不同驱动方案所应用的多个区域的选择由主机系统116来控制。这样的多个 区域的选择可以由操作人员来预确定或者控制。例如，如果数据库程序提供用于文本输入 的对话框，则对话框的尺寸规格和布置(placement)通常由数据库程序预确定。类似地，在 电子书阅读器菜单系统中，预确定单选按钮、文本等的位置。另一方面，显示器可以用作对 于图像编辑程序的输出装置，并且这样的程序通常允许用户选择(“套索(lasso)”)想要 处理的任意形状的区域。可以对本发明的数据结构和方法进行多种改变是明显的。这样的数据结构和方法 可以包括在前述MEDEOD应用中提出的驱动方案的任意可选特征。例如，各种MEDEOD应用 描述了使用多个查询表以考虑到电光介质对多种因素的敏感性，这些因素诸如初始状态前 的灰度级、温度、湿度和电光介质的操作寿命。这样的多个查询表还可以用在本发明中。可 以理解的是，提供多个查询表集以考虑对多个不同的环境参数以及本发明中使用的多个驱 动方案进行调整，从而可能导致需要保存极大量的数据。在具有有限容量的RAM的系统中， 会期望在非易失性存储器(例如硬盘或者ROM芯片)中保存查询表并且仅将在任意给定时 间所需的特定查询表移动到ROM。根据前述将看出，通过使得图像更新操作显现得更快，本发明可以提供改进的用 户体验，这是因为本发明有能力提供实现不同图像区域的交迭的部分更新操作。本发明还允许电泳和其它光电显示器用在需要最后用户接口操作的应用中，诸如鼠标、手写笔跟踪 或者菜单栏操作。
权利要求
1.一种用于控制具有多个像素的双稳电光显示器的数据结构，该数据结构包括像素数据存储区域，布置为对于显示器的每个像素保存表示像素初始状态的数据，表 示像素的期望最终状态的数据和表示应用到该像素的驱动方案的驱动方案索引号；以及驱动方案存储区域，布置为保存表示多个驱动方案的数据，驱动方案存储区域至少保 存由保存在像素数据保存区域中的驱动方案索引号来指代的全部驱动方案。
2.根据权利要求1的数据结构，其中，驱动方案存储区域还对于每个驱动方案保存表 示自使用驱动方案作用的当前更新的开始的周期的时间数据。
3.—种双稳态电光显示器，具有多个像素并且包括根据权利要求1或者2的数据结构。
4.根据权利要求3的双稳态电光显示器，其为有源矩阵类型，其中该像素布置在由行 电极和列电极限定的二维矩阵中，由行驱动器每次选择一行像素电极，并且将适当的电压 施加在列电极上来为所选行中的电极提供期望的电压，并且在适当的间隔之后，取消对之 前选择的行的选择并且选择下一行，使得在帧间隔期间以逐行的方式扫描像素电极的整个 矩阵，其中驱动方案时间数据布置为使得每个驱动在帧开始处开始。
5.根据权利要求4的显示器，其中，对于每个驱动方案所保存的时间值表示自驱动方 案开始后已经过去的帧的数量。
6.一种用于驱动具有第一多个像素的双稳电光显示器的方法，该方法包括对于显示器的每个像素，保存表示像素的初始状态的数据，表示像素的期望最终状态 的数据和表示应用到该像素的驱动方案的驱动方案索引号；保存表示多个驱动方案的数据，驱动方案在数量上至少等于对于显示器的各个像素保 存的不同驱动方案索引号；并且对于显示器的至少第二多个像素，产生表示施加到第二多个像素的每一个的激励的输 出信号，对于第二多个像素的每一个，该输出信号的产生依赖于像素的初始和最终状态、驱 动方案索引号以及表示由驱动方案索引号指代的驱动方案的保存的数据。
7.根据权利要求6的方法，还包括对于所保存驱动方案的每一个保存时间值，并且其 中输出信号的产生还依赖于和由驱动方案索引号指代的驱动方案相关联的时间值。
8.—种双稳态电光显示器，具有多个像素并且布置为执行权利要求6或者7的方法。
9.根据权利要求8的双稳态电光显示器，其为有源矩阵类型，其中所述像素布置在由 行电极和列电极限定的二维矩阵中，由行驱动器每次选择一行像素电极，并且将适当的电 压施加在列电极上来为所选行中的电极提供期望的电压，并且在适当的间隔之后，取消对 之前选择的行的选择并且选择下一行，使得在帧间隔期间以逐行的方式扫描像素电极的整 个矩阵，其中驱动方案时间数据布置为使得每个驱动在帧开始处开始。
10.根据权利要求9的显示器，其中，对于每个驱动方案所保存的时间值表示自驱动方 案开始后已经过去的帧的数量。
11.一种电子书阅读器、便携式笔记本、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标识牌、手表、 货架标签或者闪存，包括根据权利要求3或者8的显示器。
12.根据权利要求3或者8的显示器，其中，电光材料包括旋转双色元件或者电致变色 材料。
13.根据权利要求3或者8的显示器，其中，电光材料包括电泳材料，电泳材料包括布置 在流体中并可以在电场作用下移动通过流体的多个带电粒子。
14.根据权利要求13的显示器，其中，带电粒子和流体限制在多个囊或者微单元中。
15.根据权利要求13的电光显示器，其中，带电粒子和流体表现为由包括聚合材料的 连续相包围的多个离散的微滴。
16.根据权利要求13的显示器，其中，流体是气态的。
全文摘要
一种用于控制具有多个像素的双稳电光显示器的数据结构，该数据结构包括像素数据存储区域(106’，108’)以及驱动方案存储区域(HO’)，该像素数据存储区域对于显示器的每个像素保存表示像素初始状态和期望最终状态的数据，以及表示所应用的驱动方案的驱动方案索引号；该驱动方案存储区域保存表示至少全部由保存在像素数据保存区域(106’，108’)中的驱动方案索引号指代的驱动方案的数据。本发明还提供一种相应的使用这样的数据结构驱动双稳电光显示器的方法。
文档编号G09G5/10GK102067200SQ200980122123
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月13日 优先权日2008年4月11日
发明者H·G·盖茨, T·奥卡米 申请人:伊英克公司
技术领域：
本发明涉及用于驱动电光显示器的方法，特别是用于驱动双稳电光显示器的方 法，以及在这样的方法中使用的装置。更具体地说，本发明涉及旨在使多个驱动方案能够被 同时使用来更新电光显示器的驱动方法。本发明尤其(但并不排他地)旨在用于基于粒子 的电泳显示器，在该基于粒子的电泳显示器中，一种或者多种类型的带电粒子存在于流体 中并且在电场的影响下移动经过该流体以改变显示器的显现(appearance)。
背景技术：
在美国专利No. 7，012，600中详细地论述了关于电光显示器的背景术语和技术水 平，读者可参照该美国专利获得进一步的信息。因此，将该术语和技术水平简要总结如下。作为应用于材料或者显示器的术语“电光”，其在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是具有第一和第二显示状态的材料，该第一和第二显示状态的至少一个光学 性质不同，通过向所述材料施加电场使该材料从其第一显示状态改变到第二显示状态。尽 管光学性质通常是人类肉眼可察觉的颜色，但是可以是其它光学性质，例如光学透射率，反 射率，亮度，或者在旨在用于机器读取的显示器的情况下，为就可见光谱区外的电磁波长的 反射率的变化的意义而言的伪颜色。术语“灰度状态”在此处使用其在成像领域中的常规含义，指的是处于像素的两 个极端光学状态中间的状态，而并不一定意味这两个极端状态之间的黑色-白色转变。例 如在下面引用的几个专利和公开的申请描述的电泳显示器中，所述极端状态是白色和深蓝 色，从而中间“灰度状态”实际上是浅蓝色。实际上，如已经提到的，两个极端状态之间的转 变可以根本不是颜色改变。术语“双稳的”和“双稳定性”在此处使用其在本领域中的常规含义，指的是包括 具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示状态至少有一种光学 性质不同，从而在利用具有有限持续时间的寻址脉冲驱动任何给定元件以呈现其第一或第 二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续至少几倍于(例如至少4倍于)改变 该显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的时间。术语“激励(impulse)”在此处使用其常规含义，表示电压相对于时间的积分。然 而，一些双稳电光介质用作电荷传感器(transducer)，对于这样的介质可以使用激励的另 一个定义，即电流对时间的积分(等于施加的总电荷)。依赖于介质用作电压-时间激励传 感器还是用作电荷激励传感器，应该使用激励的适当定义。下面的多数讨论将集中于用于驱动电光显示器的一个或者多个像素实现从初始 灰度级到最终灰度级(可以与初始灰度级不同或者相同)的转变的方法。将使用术语“波 形”指代用于实现从一个特定的初始灰度级转变到特定的最终灰度级的整个电压对时间曲 线。典型地，这样的波形将包括多个波形单元；其中这些单元基本上是矩形(即其中给定单 元包括在某一时间段内施加恒定电压)；可以将所述单元称为“脉冲”或者“驱动脉冲”。术 语“驱动方案”指的是对于特定显示器足以实现灰度级之间的全部可能的转变的一组波形。已知几种类型的电光显示器，例如(a)旋转双色部件显示器(例如参见美国专利No. 5，808，783 ；5, 777，782 ； 5，760，761 ；6，054，071 ；6，055，091 ；6，097，531 ；6，128，124 ；6，137，467 以及 6，147，791)；(b)电致变色显示器(例如参见 0’Regan，B.等人的 Nature 1991,353,737 ；Wood， D.的 Information Display, 18 (3)，24 (2002 年 3 月)；Bach, U.等人的 Adv. Mater.，2002， 14(11)，845 ；以及美国专利 No. 6，301，038 ；6，870，657 和 6，950，220)；(c)电湿润显示器(例如参见 Hayes，R. Α.等人在 Nature，425，383-385 (2003 年 9 ^ 25 H ) 43^ + "Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting" 一文以及美国专利公开No. 2005/0151709)；(d)基于粒子的电泳显示器，其中多个带电粒子在电场的影响下移动经过流 体(参见美国专利 No. 5，930，026 ;5，961，804 ;6，017，584 ;6，067，185 ;6，118，426 ； 6，120，588 ；6，120，839 ；6，124，851 ；6，130，773 和 6，130，774 ；美国专利申请公开 No.2002/0060321 ；2002/0090980 ；2003/0011560 ；2003/0102858 ；2003/0151702 ； 2003/0222315 ；2004/0014265 ；2004/0075634 ； 2004/0094422 ；2004/0105036 ；2005/0062714 和 2005/0270261 ；以及国际专利申请公开 No. WO 00/38000 ；WO 00/36560 ； WO 00/67110 和 WO 01/07961 ；以及欧洲专利 No. 1，099，207 Bl 和 1，145，072 Bi;以及在前 述美国专利No. 7，012，600中论述的其它MIT和E Ink的专利和申请)。存在电泳介质的几种不同的变形。电泳介质可以使用液态或者气态流体；对于气 态流体例如参见Kitamura，Τ.等人2001年在IDW Japan, Paper HCSl-I中发表的标题为 "Electrical toner movement for electronic paper-like display，，以及 Yamaguchi, Y.等人 2001 年在 IDW Japan, Paper AMD4-4 中发表的标题为"iToner display using insulative particles charged triboelectrically” ；美国专利公开 No. 2005/0001810 ; 欧洲专利申请 1，462，847 ； 1，482，354 ； 1，484，635 ； 1，500，971 ； 1，501，194 ； 1，536，271 ； 1，542，067 ； 1，577，702 ； 1，577，703 和 1，598，694 ；以及国际申请 WO 2004/090626 ；WO 2004/079442和W02004/001498。介质可以为封装的，包含大量的小囊(capsule)，每一个 小囊本身包含内相以及环绕内相的囊壁，该内相包含悬浮在流体悬浮介质中的电泳移动 粒子。典型地，这些囊本身被保持在聚合物粘合剂内以形成位于两个电极之间的粘附层 (coherent layer)；参见上述的MIT和E Ink专利和申请。可替代地，在封装的电泳介质 中围绕离散的微囊的壁可以由连续相代替，因而产生所谓的聚合物分散的电泳显示器，其 中电泳介质包含电泳流体的多个离散的微滴以及聚合物材料的连续相；例如参见美国专利 No. 6，866，760。为了本申请的目的，将这样的聚合物分散的电泳介质看作是封装的电泳介 质的子类。另一种变形是所谓的“微单元电泳显示器”，其中带电粒子和流体被保留在形成 在载体介质内的多个腔内，该载体介质通常是聚合物膜；例如参见美国专利No. 6，672，921 和 6，788，449。封装的电泳显示器通常不遭受传统电泳设备的聚集和沉淀的失效模式的影响并 且具有另外的优点，例如可以在各种不同柔性和刚性衬底上印刷或者涂覆该显示器。(使用 “印刷”一词旨在包括印刷和涂覆的所有形式，包括但并不局限于预调式涂覆，例如小块模 具型涂覆(patch die coating)，狭缝式或挤压式涂覆，坡流式或阶式涂覆，淋幕式涂覆；压 辊涂覆，例如辊式刮刀涂覆、前向和反向辊涂覆；凹版印刷涂覆；浸渍涂覆；喷涂；弯液面涂 覆；旋涂；刷涂；气刀涂覆；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；以 及其它类似的技术。)因而，所产生的显示器能够是柔性的。进而，由于可以印刷显示介质 (使用各种方法)，能够便宜地制造显示器本身。尽管电泳介质通常是不透明的(例如，由于在许多电泳介质中，粒子基本上阻挡 可见光通过显示器的透射)并且工作在反射模式下，但是可以使许多电泳显示器工作在所 谓的“快门模式”下，在该模式下一种显示状态是基本上不透明的而一种显示状态是光透射 的。例如参见前述的美国专利No. 6，130，774和6，172，798，以及美国专利No. 5，872，552 ； 6，144，361 ；6, 271，823 ；6, 225，971 ；和6，184，856。与电泳显示器类似但是依赖于电场强度 变化的介电泳显示器可以工作在类似的模式下；参见美国专利No. 4，418，346。基于粒子的电泳显示器的双稳或者多稳性能、以及其它电光显示器显示的类似性 能(为了方便起见，以下将这样的显示器称为“脉冲驱动的显示器”)与传统液晶(“LC”) 显示器的性能形成鲜明对照。扭曲向列液晶不是双稳或者多稳的，而是用作电压传感器，从 而将给定电场施加到这样显示器的像素会在该像素处产生特定的灰度级，而与先前在该像 素处呈现的灰度级无关。而且，LC显示器被仅沿一个方向驱动(从非透射或者“暗”到透射或者“亮”)，通过降低或者去除电场实现从较亮状态到较暗状态的反向转变。最终，LC显 示器的像素的灰度级对电场的极性不敏感而仅对其强度敏感，并且实际上由于技术原因， 商用LC显示器通常以频繁的间隔使驱动场的极性反转。相比而言，双稳电光显示器近似于 作为激励传感器工作，从而像素的最终状态不仅取决于施加的电场以及该电场施加的时间 段，而且还取决于施加电场之前该像素的状态。无论使用的电光介质是否是双稳的，为了获得高分辨率显示器，显示器的各个像 素必须是可寻址的而不受相邻像素的干扰。实现该目的的一种方式是提供诸如晶体管或者 二极管的非线性元件的阵列，其中每一个像素与至少一个非线性元件相关联，以产生“有源 矩阵”显示器。将对一个像素进行寻址的寻址或者像素电极通过相关联的非线性元件连接 到合适的电压源。典型地，在非线性元件是晶体管时，将像素电极连接到该晶体管的漏极， 并且在下面的描述中也假设为这种结构，尽管其本质上是任意的并且可以将像素电极连接 到晶体管的源极。通常，在高分辨率阵列中，将像素设置为行和列的二维阵列，从而通过一 个指定行和一个指定列的交叉唯一限定任意特定的像素。将每一列中所有晶体管的源极都 连接到单个列电极，而将每一行中所有晶体管的栅极都连接到单个行电极；同样，源极连接 到行以及栅极连接到列的设置是惯用的，然而这种连接本质上是任意的，并且根据需要可 以颠倒。将行电极连接到行驱动器，这基本上确保了在任意给定时刻仅选择一个行，即，给 选择的行电极施加一电压以确保位于该选择的行中的所有晶体管都导通，同时给所有其它 行施加一电压以确保位于这些没被选择的行中的所有晶体管都保持非导通。将列电极连接 到列驱动器，列驱动器在不同列电极上施加选择的电压用于将位于选择的行中的像素驱动 到其期望的光学状态。(前述电压是相对于公共前电极而言的，该公共前电极通常设置在光 电介质中非线性阵列的相对侧上并且在整个显示器上延伸。)在被称为“线地址时间”的预 选择间隔之后，取消选择所选择的行，选择下一个行，并且改变列驱动器上的电压以使得显 示器的下一条线被写入。重复该过程以按照逐行的方式对整个显示器进行写入。初看起来，用于寻址这样的激励驱动的电光显示器的理想方法是所谓的“通用灰 度级图像流”，其中控制器设置图像的每一个写入以使得每一个像素从其初始灰度级直接 转变到其最终灰度级。然而，在激励驱动的显示器上写入图像时会不可避免地存在一些误 差。实践中遇到的一些这样的误差包括(a)先前状态依赖；对于至少一些电光介质，将像素切换到新的光学状态所需的 激励不仅依赖于电流和期望的光学状态，而且还依赖于该像素的先前光学状态。(b)停留时间依赖；对于至少一些电光介质，将像素切换到新的光学状态所需的 激励依赖于该像素已经在其各种光学状态下花费的时间。尽管没有很好地理解该依赖的精 确本质，但是总体来说像素在其当前光学状态下的时间越长，就需要更多的激励。(c)温度依赖；将像素切换到新的光学状态所需的激励严重依赖于温度。(d)湿度依赖；对于至少一些类型的电光介质，将像素切换到新的光学状态所需 的激励依赖于环境湿度。(e)机械均勻性；将像素切换到新的光学状态所需的激励会受到显示器中的机械 变化影响，例如电光介质或者相关联的层叠粘合剂的厚度变化。其它类型的机械非均勻性 会由介质的不同制造批次之间不可避免的变化，制造公差和材料变化引起。(f)电压误差；由于驱动器传送的电压中不可避免的轻微误差，施加到像素的实际激励将不可避免地与理论施加的激励稍有差别。通用灰度级图像流会遭受到“误差累积”现象的影响。例如，假想在每次转变过程 中，温度依赖导致在正方向上的0. 2L*的误差(其中L*具有通常的CIE定义L* = 116(R/Rq)1/3-16，其中R是反射率并且Rtl是标准反射率值)。在50次转变之后，该误差将累积达到 10L*。或许更加实际地，假设按照显示器的理论和实际反射率之间的差值表示的每一次转 变的平均误差是士0. 2L*。在100次连续转变之后，像素的显示与其预期状态相比具有2L* 的平均偏差；在某些类型的图像上，这样的偏差对于一般观察者来说是明显的。这种误差累积现象不仅适用于由于温度的误差，而且还适用于上面列出的所有类 型的误差。如在前述美国专利No. 7，012，600中描述的，补偿这样的误差是可能的，但是仅 能达到有限的精确程度。例如，通过使用温度传感器和查询表能够补偿温度误差，但是温 度传感器具有有限的分辨率并且读取的温度会与电光介质的温度稍有不同。类似地，通过 存储先前状态并且使用多维转换矩阵能够补偿先前状态依赖，但是控制器存储器限制了能 够被记录的状态数量以及能够被存储的转换矩阵的大小，对这种类型补偿的精度产生了限 制。因而，通用灰度级图像流要求对施加的激励进行非常精确的控制以给出良好的结 果，并且根据经验已经发现，在电光显示器技术的当前水平下，通用灰度级图像流在商用显 示器中不可行。在一些情况下，会期望单个显示器使用多个驱动方案。例如，具有多于两个灰度级 的显示器可以利用能够实现在所有可能的灰度级之间转变的灰度级驱动方案(“GSDS”)， 以及实现仅在两个灰度级之间转变的单色驱动方案(“MDS”)，MDS提供了比GSDS更快的 显示器重写。当在显示器的重写期间被改变的所有像素都是仅在MDS使用的两个灰度级之 间进行转变时，使用该MDS。例如，前述美国专利No. 7，119，772描述以电子书或者类似设备 形式存在的显示器，该显示器能够显示灰度级图像而且还能够显示允许用户输入与显示的 图像相关的文本的单色对话框。在用户输入文本时，使用快速MDS以快速更新对话框，因而 为用户提供被输入文本的快速确认。另一方面，在改变在显示器上显示的整个灰度级图像 时，使用较慢的GSDS。更具体地说，目前的电泳显示器在灰度级模式中的更新时间约为1秒，并且在单 色模式下的更新时间为500毫秒。此外，许多当前显示控制器在任意给定时间仅可以利用 一个更新方案。结果是，该显示器响应不够及时以对诸如键盘输入或者选择栏的滚动这样 的用户快速输入做出反应。这限制了对于交互性应用的显示器的可应用性。从而，期望提 供一种驱动装置和相应的驱动方法，该方法提供驱动方案的组合，以允许由快速驱动方案 来更新显示器的一部分，而显示器的剩余部分继续由标准灰度级驱动方案来更新。
发明内容
本发明的一个方面涉及用于驱动允许对用户输入快速响应的电光显示器的数据 结构、方法和设备。前述的MEDEOD应用描述了用于驱动电光显示器的多种方法和控制器。 这些方法和控制器的大部分使用具有两个图像缓存器的存储器，第一个图像缓存器保存第 一或者初始图像(在显示器切换(transition)或者重写开始时呈现在显示器上)并且第二图像缓存器保存最终图像，期望最终图像在重写之后呈现在显示器上。控制器比较初始 和最终图像，如果它们不同，则向显示器的各个像素施加驱动电压，该驱动电压会使得像素 的光学状态变化，使得在重写(亦可被称为更新)结束时在显示器上形成最终图像。然而，在大部分前述方法和控制器中，更新操作是“原子级的”(atomic)，意思是一 旦开始更新，则直到更新完成存储器都不能再接受任何新的图像数据。由于在更新作用时 控制器不响应于用户输入，所以这在期望将显示器用于接受用户输入的应用时出现困难， 用户输入例如经由键盘或者类似数据输入装置。对于电泳介质，其中在两个极端光学状态 之间的转变会占用几百毫秒，该不响应时间在大约800到大约1800毫秒的范围变化，该时 间的大部分用于电光材料所需的更新周期。尽管不响应周期的长度可以通过移除增加更新 时间的一些性能假象(artefact)和通过改进电光材料的响应速度来降低，但是仅是这样 的技术不太可能将不响应时间降低到大约500毫秒以下。对于诸如电子词典这样的用户期 望对其输入快速响应的交互式应用的需求而言，这仍旧太长。因此，需要具有不响应周期降 低的图像更新方法和控制器。前述2005/(^806 描述了利用异步图像更新的原理(参见^iou等人在SID论文 集 2004 中的 “Driving an Active Matrix Electrophoretic Display”)来大致降低不响 应周期的驱动方案。相比于现有方法和控制器，论文中描述的方法使用已经为灰度级图像 显示器开发的结构使不响应时间降低约达65%，而仅适度增加了控制器的复杂度和存储器需求。更具体地，前述2005/(^806 描述了用于更新具有多个像素的电光显示器的两 种方法，每个像素可以实现至少两个不同的灰度级。第一种方法包括(a)、提供布置用来接收限定显示器的每个像素的期望最终状态的数据的最终数 据缓存器；(b)、提供布置用来保存限定显示器的每个像素的初始状态的数据的初始数据缓 存器；(c)、提供布置用来保存限定显示器的每个像素的目标状态的数据的目标数据缓 存器；(d)、确定初始和最终数据缓存器中的数据何时不同，并且当发现这样的区别时更 新目标数据缓存器中的值，通过(i)当初始和最终数据缓存器包含对于特定像素的相同 值，则将目标数据缓存器设置为该值；(ii)对于特定像素当初始数据缓存器包含大于最终 数据缓存器的值，则将目标数据缓存器设置为初始数据缓存器的值加上增量；并且(iii) 对于特定像素当初始数据缓存器包含小于最终数据缓存器的值，则将目标数据缓存器设置 为初始数据缓存器的值减去该增量；(e)、使用初始数据缓存器和目标数据缓存器中的数据分别作为每个像素的初始 和最终状态来更新显示器上的图像；(f)、在步骤(e)之后，将来自目标数据缓存器的数据复制到初始数据缓存器中； 和(g)、重复步骤(d)-(f)，直到初始和最终数据缓存器包含相同的数据。第二种方法包括(a)、提供布置用来接收限定显示器的每个像素的期望最终状态的数据的最终数据缓存器；(b)、提供布置用来保存限定显示器的每个像素的初始状态的数据的初始数据缓 存器；(c)、提供布置用来保存限定显示器的每个像素的目标状态的数据的目标数据缓 存器；(d)、提供布置用来保存显示器的每个像素的极性位的极性位阵列；(e)、确定初始和最终数据缓存器中的数据何时不同，并且当发现这样的区别时更 新极性位阵列和目标数据缓存器中的值，通过(i)当初始和最终数据缓存器中对于特定像 素的值不同并且初始数据缓存器中的值表示像素的极端光学状态，则将像素的极性位设置 为表示向着相对的极端光学状态转变的值；并且(ii)当初始和最终数据缓存器中对于特 定像素的值不同，则根据极性位阵列中的相关值，将目标数据缓存器设置为初始数据缓存 器的值加上或者减去增量；(f)、使用初始数据缓存器和目标数据缓存器中的数据分别作为每个像素的初始 和最终状态来更新显示器上的图像；(g)、在步骤(f)之后，将来自目标数据缓存器的数据复制到初始数据缓存器中； 和(h)、重复步骤(e)-(g)，直到初始和最终数据缓存器包含相同的数据。任何上述现有技术都未能提供一种通用的解决方案，用于解决在单个显示器上同 时使用多个驱动方案的问题。在前述美国专利No. 7，119，772中，在任意一个时间，仅应用 两个驱动方案的其中一个；单色或者类似驱动方案是“局部的”驱动方案，意思是仅更新需 要改变的像素，并且因此仅在文本框或者类似所选区域中操作。如果显示器的所选区域之 外的部分需要改变，则显示器必须切换回到较慢的全灰度级驱动方案，使得不可能快速更 新所选区域，其中未选区域正被改变。类似地，尽管前述2005/(^806 提供在开始新的更 新之前降低“等待”时间的一种方法，但是在任意一个时间仅可以使用单个驱动方案。需要一种驱动双稳电光显示器的方法，其允许同时使用多个驱动方案。例如，在前 述美国专利No. 7，119，772中使用的文本框/背景图像例子中，一边滚动显示背景中所显示 的一组图像，一边用键盘或者手写笔在文本框区域中标注对于用户通常是很方便的。许多 电光显示器还利用所谓的“菜单栏操作”，其中一组单选按钮指示菜单上哪个项目被选择， 并且在这些操作中重要的是，快速更新单选按钮区域以使用户不会意外进行错误的选择。 还很期望用于驱动双稳电光显示器的方法允许同时使用具有不同的更新周期的多个驱动 方案(例如，单色驱动方案典型地具有比灰度级驱动方案更短的更新周期)，并且允许多个 驱动方案的每一个独立于其它驱动方案来开始重写显示器的该驱动方案的部分；如果使用 快速单色驱动方案的新的更新仅可以在完成背景区域的更慢灰度级驱动方案更新之后开 始，则极大地减小了用于更新菜单栏的快速单色驱动方案的有效性。本发明提供了一种数 据结构、用于驱动双稳电光显示器的方法以及满足这些需求的电光显示器。因此，本发明提供一种用于控制具有多个像素的双稳电光显示器的数据结构，该 数据结构包括像素数据存储区域，布置为对于显示器的每个像素保存表示像素初始状态的数 据，表示像素的期望最终状态的数据和表示应用到该像素的驱动方案的驱动方案索引号；以及驱动方案存储区域，布置为保存表示多个驱动方案的数据，驱动方案存储区域至 少保存由保存在像素数据保存区域中的驱动方案索引号所指代的全部驱动方案。在此数据结构的优选形式中，驱动方案存储区域还对于每个驱动方案保存表示自 使用驱动方案作用的当前更新的开始的周期的时间数据。本发明还提供一种用于驱动具有第一多个像素的双稳电光显示器的方法，该方法 包括对于显示器的每个像素，保存表示像素的初始状态的数据，表示像素的期望最终 状态的数据和表示应用到该像素的驱动方案的驱动方案索引号；保存表示多个驱动方案的数据，驱动方案在数量上至少等于对于显示器的多个像 素保存的不同驱动方案索引号；并且对于显示器的至少第二多个像素，产生表示施加到第二多个像素的每一个的激励 的输出信号，对于第二多个像素的每一个，该输出信号的产生依赖于像素的初始和最终状 态、驱动方案索引号以及表示由驱动方案索引号指代的驱动方案的保存的数据。在该方法的优选形式中，还对于所保存驱动方案的每一个保存一个时间值，并且 输出信号的产生依赖于和由驱动方案索引号指代的驱动方案相关的时间值。本发明延伸到具有多个像素并且包括本发明的数据结构的双稳电光显示器，并且 延伸到布置用来执行本发明的方法的这样的双稳电光显示器。本发明的显示器可以用在已经使用现有技术电光显示器的任意应用中。因此，例 如本显示器可以用在电子书阅读器、便携式笔记本、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标识牌 (sign)、手表、货架标签和闪存。
图1的附图是本发明的数据结构示意图；图2是利用图1的数据结构的电光显示器的操作模式的示意图。
具体实施例方式如上所表明的，本发明提供用于操作双稳电光显示器的数据结构和方法。数据结 构和操作的方法允许在显示器中同时使用多个驱动方案。在本发明的数据结构和方法的优 选形式中，多个驱动方案可以在不同时间开始并且因此互相独立运行。本方法的优选形式中使用的多种驱动方案可以在不同时间开始，这一点并不暗示 任何给定驱动方案可以在任何任意的时间开始；由电光显示器驱动的方式，驱动方案的开 始当然会受特定的限制。如前MEDEOD应用中讨论的，绝大部分高分辨率的显示器使用有源 矩阵背板，具有布置成由行电极和列电极限定的二维矩阵的像素电极。行驱动器每次选择 一行像素电极，并且将适当的电压施加在列电极上来给所选择的行中的电极提供期望的电 压。在适当的间隔之后，取消对之前选择的行的选择并且选择下一行，使得以逐行的方式扫 描像素电极的整个矩阵。整个矩阵的扫描通常耗费大约20毫秒。当选择用于这样的有源矩阵显示器的驱动方案时，为了避免不期望的图像伪像， 需要通过将驱动方案的每个波形划分为帧而使用显示器的扫描来同步驱动方案，每个帧表示显示器的扫描的整数个数(通常就是一)，对于任意像素所施加的电压在任一帧中保持 稳定。在这样的有源矩阵显示器中，所使用的所有驱动方案必须使用相同的帧，并且驱动方 案仅可以在新帧开始时开始，即在“帧边界”处。所使用的所有波形还必须占用整数数量的 帧，并且给定驱动方案中的所有波形必须占用同样数量的帧，但是不同的驱动方案可以占 用不同数量的帧。注意，在所谓“直接驱动”显示器中没有这样的限制，其中每个像素配备 单独的导体，使得每个像素上的电压可以以任意方式来改变，并且不需要帧。当本数据结构 和方法用在有源矩阵显示器中时，对于为每个驱动方案所保存的时间值简单地表示从驱动 方案开始已经过去的帧的数量，这是方便的，每次该数量降低到零时，完成显示器的相关区 域的重写。图1的附图示出本发明的数据结构(总的标以100)。数据结构100包括像素数据 存储区域(总的标以10 和驱动方案存储区域(总的标以104)。像素数据存储区域102 分为初始状态存储区域106、最终状态存储区域108和驱动方案选择器区域110。三个区域 106、108和110的每一个布置为保存显示器的每个像素的一个整数。初始数据存储区域106 保存每个像素的初始灰度级，并且最终状态存储区域108保存每个像素的期望的最终灰度 级。驱动方案选择器区域110对于每个像素保存指示多个可能的驱动方案的哪一个正在被 用于相关像素的整数。如图1所示，驱动方案选择器区域110正在保存值“1”用于单个矩 形112中的所有像素，值“2”用于三个小的矩形114的每一个中的每个像素(旨在用作单 选按钮)和值“3”用于所有其他像素。对于计算机技术领域的普通技术人员明显的是，尽管区域106、108和110在图1 中示为占用存储器的分立区域，但实际上这并不是最便利的方式。例如，对于和每个像素相 关的数据，更便利地是将它们集合在一起形成单个长“字”。例如，如果每个像素和区域106 中的四位字、区域108中的四位字以及区域110中的四位字相关，则最便利的是将数据保存 为十二位的字串，每一个像素一个，前四位限定初始灰度级，中间四位限定最终灰度级，并 且最后四位限定驱动方案。还对于本领域内的普通技术人员明显的是区域106、108和110 不需要尺寸相同；例如如果显示器是64灰度级(六位)显示器，其只能使用四个同步驱动 方案，区域106和108将对于每个像素保存六位，而区域110仅需要对于每个像素保存两 位。此外，尽管区域110在图1中示出用来保存对于显示器每个像素的驱动方案选择 器的值，但这并不是严格必须的。本发明可以修改为使得区域110中的每个保存的值可以 确定应用到一组相邻像素(例如2X2或者3X3的像素组)的驱动方案。事实上，可以基于 大于所控制的灰度级的像素的“超级像素”来选择驱动方案。然而，由于区域110所需的存 储空间的大小通常不是主要问题，所以并不建议采用该方法，并且因为控制基于每个像素 使用的驱动方案的能力允许不同区域使用不同驱动方案以具有完全任意的形状，所以这种 能力是有用的。例如，当具有(例如)VGA分辨率(640X480)的显示器用来显示菜单系统， 且通过点击单选按钮来选择单个菜单项目时，控制基于每个像素使用的驱动方案的这种能 力允许使用在个人计算机程序中通常使用的类型的单选按钮，所述每个按钮显示永久环并 且所选择的按钮显示在其环中具有实心黑圈，而不是使用简单的矩形区域作为单选按钮。区域108和110中的数据由主机116经由数据线118和120分别直接写入。以下 详细描述数据写入区域106的方式。
图1中示出的驱动方案存储区域104包括一组行，每行包括查询表(标以LUT1、 LUT2等)和时间整数(标以T1、T2等)。时间整数表示相关驱动方案开始以来已经过去的 帧的数量。可以理解的是，不同的查询表可以具有不同的尺寸；例如，如果显示器是16灰度 级G位)显示器，则一个完整的灰度级查询表需要256项(16个初始状态X 16个最终状 态)，而对于显示器的单色区域的查询表仅需要4项。如上所述，图1是高度示意性地，并且图2提供稍实际的，但仍旧示意性示出在实 际中如何驱动双稳电光显示器的示意图。如图1中所示，图2中所示系统由主机116控制， 主机116将驱动方案选择数据经由数据线120馈送到驱动方案选择器区域110。然而，在图 2中所示的系统中，主机116将表示要在显示器上显示的新图像的图像数据经由数据线118 馈送到图像缓存器222。图像数据被从该图像缓存器经由数据线IM异步复制到最终状态 存储区域108。区域106、108和110中的数据被异步复制到更新缓存器226中，由此数据被分别 复制到标以106，、108，、110，、和106”、108”、110”的两个阴影数据存储区域。数据按适当的 时间间隔被从存储区域108”复制到存储区域106，从而提供如上所述的初始灰度级数据。阴影数据存储区域106’、108’、110’、用来以本发明的方法计算输出信号。如前述 MEDEOD应用中描述的，查询表基本包括二维矩阵，矩阵的一个轴表示像素的初始状态并且 另一个轴表示像素的期望最终状态。查询表中的每项限定实现从初始状态到最终状态转变 所需的波形，并且典型地包括表示在帧串期间施加到像素电极的电压的一串整数。对于每 个连续像素，显示控制器(图2中未明确示出)从区域110’读取驱动方案选择器号码，确 定相关查询表，并且随后从所选择的查询表使用分别来自区域106’和108’的初始和最终 状态数据读取相关项。显示器控制器还将其内部时钟(未示出)和与所选择的查询表相关 联的时间整数进行比较，来确定所选择的查询表项中的哪一个整数和当前帧相关，并且在 输出信号线230上输出相关整数。多个不同驱动方案所应用的多个区域的选择由主机系统116来控制。这样的多个 区域的选择可以由操作人员来预确定或者控制。例如，如果数据库程序提供用于文本输入 的对话框，则对话框的尺寸规格和布置(placement)通常由数据库程序预确定。类似地，在 电子书阅读器菜单系统中，预确定单选按钮、文本等的位置。另一方面，显示器可以用作对 于图像编辑程序的输出装置，并且这样的程序通常允许用户选择(“套索(lasso)”)想要 处理的任意形状的区域。可以对本发明的数据结构和方法进行多种改变是明显的。这样的数据结构和方法 可以包括在前述MEDEOD应用中提出的驱动方案的任意可选特征。例如，各种MEDEOD应用 描述了使用多个查询表以考虑到电光介质对多种因素的敏感性，这些因素诸如初始状态前 的灰度级、温度、湿度和电光介质的操作寿命。这样的多个查询表还可以用在本发明中。可 以理解的是，提供多个查询表集以考虑对多个不同的环境参数以及本发明中使用的多个驱 动方案进行调整，从而可能导致需要保存极大量的数据。在具有有限容量的RAM的系统中， 会期望在非易失性存储器(例如硬盘或者ROM芯片)中保存查询表并且仅将在任意给定时 间所需的特定查询表移动到ROM。根据前述将看出，通过使得图像更新操作显现得更快，本发明可以提供改进的用 户体验，这是因为本发明有能力提供实现不同图像区域的交迭的部分更新操作。本发明还允许电泳和其它光电显示器用在需要最后用户接口操作的应用中，诸如鼠标、手写笔跟踪 或者菜单栏操作。
权利要求
1.一种用于控制具有多个像素的双稳电光显示器的数据结构，该数据结构包括像素数据存储区域，布置为对于显示器的每个像素保存表示像素初始状态的数据，表 示像素的期望最终状态的数据和表示应用到该像素的驱动方案的驱动方案索引号；以及驱动方案存储区域，布置为保存表示多个驱动方案的数据，驱动方案存储区域至少保 存由保存在像素数据保存区域中的驱动方案索引号来指代的全部驱动方案。
2.根据权利要求1的数据结构，其中，驱动方案存储区域还对于每个驱动方案保存表 示自使用驱动方案作用的当前更新的开始的周期的时间数据。
3.—种双稳态电光显示器，具有多个像素并且包括根据权利要求1或者2的数据结构。
4.根据权利要求3的双稳态电光显示器，其为有源矩阵类型，其中该像素布置在由行 电极和列电极限定的二维矩阵中，由行驱动器每次选择一行像素电极，并且将适当的电压 施加在列电极上来为所选行中的电极提供期望的电压，并且在适当的间隔之后，取消对之 前选择的行的选择并且选择下一行，使得在帧间隔期间以逐行的方式扫描像素电极的整个 矩阵，其中驱动方案时间数据布置为使得每个驱动在帧开始处开始。
5.根据权利要求4的显示器，其中，对于每个驱动方案所保存的时间值表示自驱动方 案开始后已经过去的帧的数量。
6.一种用于驱动具有第一多个像素的双稳电光显示器的方法，该方法包括对于显示器的每个像素，保存表示像素的初始状态的数据，表示像素的期望最终状态 的数据和表示应用到该像素的驱动方案的驱动方案索引号；保存表示多个驱动方案的数据，驱动方案在数量上至少等于对于显示器的各个像素保 存的不同驱动方案索引号；并且对于显示器的至少第二多个像素，产生表示施加到第二多个像素的每一个的激励的输 出信号，对于第二多个像素的每一个，该输出信号的产生依赖于像素的初始和最终状态、驱 动方案索引号以及表示由驱动方案索引号指代的驱动方案的保存的数据。
7.根据权利要求6的方法，还包括对于所保存驱动方案的每一个保存时间值，并且其 中输出信号的产生还依赖于和由驱动方案索引号指代的驱动方案相关联的时间值。
8.—种双稳态电光显示器，具有多个像素并且布置为执行权利要求6或者7的方法。
9.根据权利要求8的双稳态电光显示器，其为有源矩阵类型，其中所述像素布置在由 行电极和列电极限定的二维矩阵中，由行驱动器每次选择一行像素电极，并且将适当的电 压施加在列电极上来为所选行中的电极提供期望的电压，并且在适当的间隔之后，取消对 之前选择的行的选择并且选择下一行，使得在帧间隔期间以逐行的方式扫描像素电极的整 个矩阵，其中驱动方案时间数据布置为使得每个驱动在帧开始处开始。
10.根据权利要求9的显示器，其中，对于每个驱动方案所保存的时间值表示自驱动方 案开始后已经过去的帧的数量。
11.一种电子书阅读器、便携式笔记本、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标识牌、手表、 货架标签或者闪存，包括根据权利要求3或者8的显示器。
12.根据权利要求3或者8的显示器，其中，电光材料包括旋转双色元件或者电致变色 材料。
13.根据权利要求3或者8的显示器，其中，电光材料包括电泳材料，电泳材料包括布置 在流体中并可以在电场作用下移动通过流体的多个带电粒子。
14.根据权利要求13的显示器，其中，带电粒子和流体限制在多个囊或者微单元中。
15.根据权利要求13的电光显示器，其中，带电粒子和流体表现为由包括聚合材料的 连续相包围的多个离散的微滴。
16.根据权利要求13的显示器，其中，流体是气态的。
全文摘要
一种用于控制具有多个像素的双稳电光显示器的数据结构，该数据结构包括像素数据存储区域(106’，108’)以及驱动方案存储区域(HO’)，该像素数据存储区域对于显示器的每个像素保存表示像素初始状态和期望最终状态的数据，以及表示所应用的驱动方案的驱动方案索引号；该驱动方案存储区域保存表示至少全部由保存在像素数据保存区域(106’，108’)中的驱动方案索引号指代的驱动方案的数据。本发明还提供一种相应的使用这样的数据结构驱动双稳电光显示器的方法。
文档编号G09G5/10GK102067200SQ200980122123
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月13日 优先权日2008年4月11日
发明者H·G·盖茨, T·奥卡米 申请人:伊英克公司
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