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，本发明涉及允许显示器对用户输入 进行快速响应的驱动方法。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：
如应用于材料或者显示器那样，术语“电光”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，但也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，在可见范围之外 的电磁波长的反射率变化意义上的伪颜色。
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，并且不必暗含这两个极端状态之间的黑色-白色转换。 例如在下面引用的几个专利和公开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 之间的转换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)，对于这种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)。根据介质用作电压-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所有可能的灰度级之间的 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O，Regan, B.等人的Nature 1991，353，737 ； Wood, D.的 hiformation 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 月 25 日)中发表的标题为 “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 Bl ；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, Pape r HCSl-I中发表的标题 为"Electrical toner movement for electronic paper-like display” 以及 Yamaguchi 等人 2001 年在 IDW Japan, Paper AMD4-4)中发表的标题为"Toner 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 ； 1,505,194 ； 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 WO 2004/001498。介质可以为封装的，包含大量的小囊，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囊壁可 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。(使用术 语“印刷”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，但是可以制造许多电泳显示 器以工作在所谓的“快门模式”下，其中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、以及其他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“激励驱动显示器”)，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，使得向这种显示器的一个像素施加给定电压会在该像素产生一个特定的灰度 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”状态到透射或者“亮”状态)，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 大小敏感，并且实际上由于技术原因，商用LC显示器通常以频繁间隔使驱动场的极性反 转。相比而言，双稳电光显示器最接近于用作激励传感器，从而像素的最终状态不仅取决 于施加的电场以及该电场所施加的时间段，而且还取决于施加电场之前该像素的状态。为了获得高分辨率显示器，无论使用的电光介质是否是双稳的，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，其中至少每一个像素有一个非线性元件与之相关联， 以产生“有源矩阵”显示器。将对一个像素进行寻址的寻址电极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，然而这种接法基本上 是任意选择的，还可以将像素电极连接到晶体管的源极。传统上，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点唯一地限 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，将源极连接到行以及将栅极连接到列的 设置也是常见的，然而这种连接基本上是任意选择的，并且如果需要也可以颠倒过来。 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 的行电极的施加一电压以确保位于该选择的行上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非选择的行上的所有晶体管都保持非导通。将列电极连接 到列驱动器，后者用于在不同列电极上施加选定的电压用于驱动选定行上的像素达到期 望的光学状态(前述的电压是相对于公共前电极而言的，通常所述前电极位于电光介质 上与非线性阵列相反的一侧上，并延伸覆盖整个显示器)在被称为“行地址时间”的预 选间隔之后，取消选定的行，选择下一行，并且改变列驱动器上的电压从而写入显示器 的下一行。重复该过程以按照逐行的方式对整个显示器进行写入。最初，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“一般灰度 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，在激励驱动显示器上写入图像时会不可避免地出现一些错 误。实践中遇到的一些这样的错误包括(a)先前状态依赖性；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之前的光学状态。(b)驻留时间依赖性；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在其各种光学状态上所停留的时间。尽管并不清楚这种依赖性 的准确性质，但是总体来说像素在其当前光学状态上停留的时间越长，就需要更长的激 励。(c)温度依赖性；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)湿度依赖性；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；由于在由驱动器传送的电压中不可避免的有轻微误差，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。一般灰度级图像流会遭受到“误差累积”现象的影响。例如，假设在每次转变 过程中，在正方向上温度依赖性导致0.21；的误差(其中L'具有通常的国际照明委员会 (CIE)定义L* = 116(R/R0)1/3-16,其中R是反射率并且R0是标准反射率值)。在50次转变之后，该误差将累积 到101；。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0.21；。在100次连续转变之后，像素将显示出偏离于其预期状态 21；的平均偏离量；对于某些类型图像，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造成的误差，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Νο.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度。例如，通过使用温度传感器和查找表能够补偿温度误差，但 是温度传感器的分辨率有限并且读取的温度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性，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，因此限制了这种补偿类型 的精度。因而，一般灰度级图像流需要对施加的激励进行非常精确地控制以给出良好的 结果，并且根据经验已经发现，在电光显示器技术的当前状态下，将一般灰度级图像流 用到商用显示器中不可行。在一些情况下，期望可以在单个显示器中采用多个驱动方案。例如，对于具有 多于两个灰阶的显示器，可以采用能够在所有可能的灰度级之间实现转变的灰度级驱动 方案(“GSDS”)，以及仅在两个灰度级之间实现转变的单色驱动方案(“MDS”)， MDS提供了比GSDS更快速的显示器的重新写入。在显示器的重新写入过程中，当所有 将要改变的像素都是在MDS所使用的两个灰阶之间进行转变时，MDS才被采用。例如， 前述美国专利Νο.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，使用快速的MDS可以快速更新对话框，因而为用户提供了所输入文本 的快速确认。另一方面，当显示器上显示的整个灰度图像改变时，使用较慢的GSDS。更具体地说，当前电泳显示器在灰度模式中具有大约700-900毫秒的更新时间，并且在单色模式下具有200-300毫秒的更新时间。对于用户输入所需的显示器更 新，期望具有快速的更新，尤其是对于交互应用，例如使用触针和触摸传感器在显示器 上绘制，在键盘上打字，菜单选择，以及文本或者光标的滚动。因而现有技术的电泳显 示器在交互应用方面具有局限。因此，期望提供能够提供允许部分显示器(例如，位于 触针轨迹下方的部分)利用快速驱动方案进行更新的组合驱动方案的驱动方式以及相应的驱动方法。
发明内容
因此，一方面，本发明提供一种驱动双稳电光显示器的方法，所述双稳电光显 示器具有多个像素，每一个像素能够显示包括两个极端光学状态的至少三种光学状态， 所述方法包括采用第一驱动方案驱动所述电光显示器，该第一驱动方案能够在所有可以由所 述像素显示的灰度级之间实现转变；以及采用第二驱动方案驱动所述电光显示器，该第二驱动方案仅包含以所述像素的 所述极端光学状态之一结束的转变。为了方便起见，以下将本发明的该方法称为 本发明的“双驱动方案”或者DDS 方法。从之前的论述可以很明显的看出，该方法中的第二驱动方案旨在在显示器要接受 来自触针、笔、键盘、鼠标或者类似输入设备的输入时被调用。第二驱动方案的最大转 变时间将典型地比第一驱动方案的最大转变时间短。第二驱动方案期望地包括“直接” 驱动方案，其中将对于第二驱动方案的每一次(非零)转变的波形定义为位于由第一驱动 方案定义的初始和最终状态之间的第一激励。将本发明扩展到设计以执行本发明的DDS方法的显示控制器或者显示器。根据 需要，可以修改第二驱动方案以包括不以所述像素的极端光学状态之一为结束的一些转变。本发明的显示器可以利用上面论述的任何类型的双稳电光介质。因此，显示器 例如可以使用旋转双色部件或者电致变色材料，或者包括位于流体中并且能够在电场的 影响下移动通过所述流体的多个带电粒子的电泳材料。在这样的电泳材料中，所述带电 粒子以及所述流体被限定在多个囊或者微单元内。可替代地，所述带电粒子以及所述流 体作为由包括聚合物材料的连续相围绕的多个离散微滴存在。所述流体可以是液态或者 气态的。电泳介质可以包括位于染色流体中的单一类型的电泳粒子，或者在非染色流体 中具有不同电泳移动性的两种不同类型的电泳粒子。本发明的显示器可以在现有技术的电光显示器的任何应用中使用。因而，例 如，本发明的显示器可以用于电子书阅读器，便携式计算机，平板计算机，蜂窝电话， 智能卡，标牌，手表，货架标签和闪盘。
图1示意了可以在本发明的方法中使用的3比特(8灰度级)灰度驱动方案。图2示意了可以在本发明的方法中使用的第一 4比特(16灰度级)直接更新驱动 方案的非零波形。图3示意了可以在本发明的方法中使用的第二 4比特(16灰度级)直接更新驱动 方案的非零波形。图4示意了采用本发明的方法在现有的灰度图像上绘制黑色或者白色线。图5A和5B示意了通过将均衡脉冲对结合到本发明的直接更新驱动方案中所实 现的灰度级一致性的改善。
图6示意了可以在本发明的方法中使用的3比特直接更新驱动方案的非零波形。图7示意了图6的3比特驱动方案的4比特投影(如下面所解释的)。
具体实施例方式如所表明的，本发明提供一种驱动多像素双稳电光显示器的方法。所述方法使 用能在由所述像素显示的所有灰度级之间实现转变的第一驱动方案；以及仅包含在所述 像素的极端光学状态之一处结束的转变的第二驱动方案。所述第二驱动方案旨在允许显 示器对用户输入的快速响应，例如用户利用触针在结合了触摸屏的显示器上“写入”； 注意到，从用户的角度来说，这样的触摸屏可以位于电光介质的前面或者后面。诸如可以用作本方法中的第一驱动方案的标准灰度驱动方案具有两倍到三倍于 “饱和脉冲”长度的更新时间，其中将饱和脉冲定义为具有施加激励所需持续时间的脉
冲，该激励可以将显示器从一个极端光学状态(“光轨(opticalrail)”)驱动到另一个极 端光学状态(即黑色到白色或者白色到黑色)。第二驱动方案，即快速驱动方案可以具有 等于饱和脉冲长度的更新时间。该快速驱动方案可以由“直接”驱动方案构成，其中对 于每一次转变，施加恒定电压的时段足够用于在由标准灰度驱动方案定义的初始和最终 状态之间施加直接激励。然而，已经发现，由于电光介质的先前状态依赖性以及其它问题，这样的直接 驱动方案产生了较大的灰度级误差(通常为3到101；单位，其中L'具有通常的CIE定 义)，这在前述的MEDEOD应用中进行了详细论述。调节对于每一个波形的激励能够 降低这些误差。如在美国专利公开No.2006/0232531第
等段中所讨论的，加入对 “FT”序列的微调能够进一步降低该误差。这样的FT序列的长度应该比饱和脉冲长度
加上直接激励的长度要短。当前优选的驱动方案通常包含调节后的激励以及FT序列；附 图中的图1示出了一个示例。图1示出了典型的3比特(8灰度级)驱动方案。每一个波 形是13个帧的长度，并且每一帧是20毫秒长，得到260ms的总更新时间。这比780ms 的标准灰度更新时间要快得多。主对角线单元仅包含0V，因此不在初始和最终状态之间 发生变化的像素不会改变光学反射率，即，这是局部更新驱动方案。该驱动方案是DC不 均衡的，这可以通过查看诸如2—1 — 2的简单闭环看出；在该闭环期间施加的净激励是 +4帧。下面的表阐明了以每帧为基础对于驱动方案的每一个单元的单个环路的DC不均 衡。DC均衡的转变方案是对于任意闭环净激励为零。已经发现，在被连续使用时DC 不均衡驱动对显示器可靠性具有负面影响，因此推荐仅偶尔使用DC不均衡驱动方案。表
~0 |~2 ~33 ~33 |~4 |~4 |~4
~2 0 IL5 05 II 1O^^
"Π I 00 05 O05 1O^^
L5 OOO05 O1O^^
权利要求
1.一种驱动双稳电光显示器的方法，所述双稳电光显示器具有多个像素，每一个像 素能够显示包括两个极端光学状态的至少三个光学状态，所述方法包括使用能够在由所述像素显示的所有灰度级之间实现转变的第一驱动方案驱动所述电 光显示器；以及使用仅包含以所述像素的所述极端光学状态之一结束的转变的第二驱动方案驱动所 述电光显不器。
2.根据权利要求1的方法，其中，对于所述第二驱动方案的每一次转变，施加恒定电 压的时段足够用于在被驱动的像素的初始状态和最终状态之间施加直接激励。
3.根据权利要求1的方法，其中所述第二波形的至少一次转变包括具有相等激励和相 反极性的一对脉冲。
4.根据权利要求1的方法，其中所述第二波形的至少一次转变包括位于两个非零电压 时段之间的零电压时段。
5.根据权利要求1的方法，其中所述第二驱动方案与所述第一驱动方案是DC均衡的。
6.根据权利要求1的方法，其中所述第二驱动方案用于在灰度图像上绘制黑色或白色 线或者进行单色文本输入。
7.一种被布置为实施根据权利要求1的方法的显示控制器或者显示器。
8.根据权利要求7的显示器，具有触摸传感器。
9.根据权利要求7的显示器，包括旋转双色部件或者电致变色材料。
10.根据权利要求7的显示器，包括电泳材料，所述电泳材料包括设置在流体中并且 能够在电场的影响下移动通过所述流体的多个带电粒子。
11.根据权利要求10的显示器，其中所述带电粒子以及所述流体被限定在多个囊或者 微单元内。
12.根据权利要求11的显示器，其中所述电泳材料包括位于以微单元限定的染色流体 中的单一类型的电泳粒子。
13.根据权利要求10的电光显示器，其中所述带电粒子以及所述流体作为由包括聚合 物材料的连续相围绕的多个离散微滴存在。
14.根据权利要求10的显示器，其中所述流体是气态的。
15.—种包括根据权利要求7的显示器的电子书阅读器，便携式计算机，平板计算 机，蜂窝电话，智能卡，标牌，手表，货架标签和闪盘。
全文摘要
通过包括第一驱动方案和第二驱动方案的方法驱动双稳电光显示器，所述双稳电光显示器具有多个像素，每一个像素能够显示包括两个极端光学状态的至少三个光学状态，所述第一驱动方案能在由所述像素显示的所有灰度级之间实现转变，并且所述第二驱动方案仅包含以所述像素的所述极端光学状态之一结束的转变。
文档编号G09G3/20GK102027528SQ200980113104
公开日2011年4月20日 申请日期2009年4月14日 优先权日2008年4月14日
发明者T·A·肖丁 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，本发明涉及允许显示器对用户输入 进行快速响应的驱动方法。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：
如应用于材料或者显示器那样，术语“电光”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，但也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，在可见范围之外 的电磁波长的反射率变化意义上的伪颜色。
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，并且不必暗含这两个极端状态之间的黑色-白色转换。 例如在下面引用的几个专利和公开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 之间的转换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)，对于这种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)。根据介质用作电压-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所有可能的灰度级之间的 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O，Regan, B.等人的Nature 1991，353，737 ； Wood, D.的 hiformation 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 月 25 日)中发表的标题为 “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 Bl ；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, Pape r HCSl-I中发表的标题 为"Electrical toner movement for electronic paper-like display” 以及 Yamaguchi 等人 2001 年在 IDW Japan, Paper AMD4-4)中发表的标题为"Toner 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 ； 1,505,194 ； 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 WO 2004/001498。介质可以为封装的，包含大量的小囊，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囊壁可 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。(使用术 语“印刷”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，但是可以制造许多电泳显示 器以工作在所谓的“快门模式”下，其中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、以及其他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“激励驱动显示器”)，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，使得向这种显示器的一个像素施加给定电压会在该像素产生一个特定的灰度 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”状态到透射或者“亮”状态)，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 大小敏感，并且实际上由于技术原因，商用LC显示器通常以频繁间隔使驱动场的极性反 转。相比而言，双稳电光显示器最接近于用作激励传感器，从而像素的最终状态不仅取决 于施加的电场以及该电场所施加的时间段，而且还取决于施加电场之前该像素的状态。为了获得高分辨率显示器，无论使用的电光介质是否是双稳的，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，其中至少每一个像素有一个非线性元件与之相关联， 以产生“有源矩阵”显示器。将对一个像素进行寻址的寻址电极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，然而这种接法基本上 是任意选择的，还可以将像素电极连接到晶体管的源极。传统上，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点唯一地限 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，将源极连接到行以及将栅极连接到列的 设置也是常见的，然而这种连接基本上是任意选择的，并且如果需要也可以颠倒过来。 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 的行电极的施加一电压以确保位于该选择的行上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非选择的行上的所有晶体管都保持非导通。将列电极连接 到列驱动器，后者用于在不同列电极上施加选定的电压用于驱动选定行上的像素达到期 望的光学状态(前述的电压是相对于公共前电极而言的，通常所述前电极位于电光介质 上与非线性阵列相反的一侧上，并延伸覆盖整个显示器)在被称为“行地址时间”的预 选间隔之后，取消选定的行，选择下一行，并且改变列驱动器上的电压从而写入显示器 的下一行。重复该过程以按照逐行的方式对整个显示器进行写入。最初，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“一般灰度 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，在激励驱动显示器上写入图像时会不可避免地出现一些错 误。实践中遇到的一些这样的错误包括(a)先前状态依赖性；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之前的光学状态。(b)驻留时间依赖性；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在其各种光学状态上所停留的时间。尽管并不清楚这种依赖性 的准确性质，但是总体来说像素在其当前光学状态上停留的时间越长，就需要更长的激 励。(c)温度依赖性；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)湿度依赖性；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；由于在由驱动器传送的电压中不可避免的有轻微误差，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。一般灰度级图像流会遭受到“误差累积”现象的影响。例如，假设在每次转变 过程中，在正方向上温度依赖性导致0.21；的误差(其中L'具有通常的国际照明委员会 (CIE)定义L* = 116(R/R0)1/3-16,其中R是反射率并且R0是标准反射率值)。在50次转变之后，该误差将累积 到101；。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0.21；。在100次连续转变之后，像素将显示出偏离于其预期状态 21；的平均偏离量；对于某些类型图像，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造成的误差，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Νο.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度。例如，通过使用温度传感器和查找表能够补偿温度误差，但 是温度传感器的分辨率有限并且读取的温度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性，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，因此限制了这种补偿类型 的精度。因而，一般灰度级图像流需要对施加的激励进行非常精确地控制以给出良好的 结果，并且根据经验已经发现，在电光显示器技术的当前状态下，将一般灰度级图像流 用到商用显示器中不可行。在一些情况下，期望可以在单个显示器中采用多个驱动方案。例如，对于具有 多于两个灰阶的显示器，可以采用能够在所有可能的灰度级之间实现转变的灰度级驱动 方案(“GSDS”)，以及仅在两个灰度级之间实现转变的单色驱动方案(“MDS”)， MDS提供了比GSDS更快速的显示器的重新写入。在显示器的重新写入过程中，当所有 将要改变的像素都是在MDS所使用的两个灰阶之间进行转变时，MDS才被采用。例如， 前述美国专利Νο.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，使用快速的MDS可以快速更新对话框，因而为用户提供了所输入文本 的快速确认。另一方面，当显示器上显示的整个灰度图像改变时，使用较慢的GSDS。更具体地说，当前电泳显示器在灰度模式中具有大约700-900毫秒的更新时间，并且在单色模式下具有200-300毫秒的更新时间。对于用户输入所需的显示器更 新，期望具有快速的更新，尤其是对于交互应用，例如使用触针和触摸传感器在显示器 上绘制，在键盘上打字，菜单选择，以及文本或者光标的滚动。因而现有技术的电泳显 示器在交互应用方面具有局限。因此，期望提供能够提供允许部分显示器(例如，位于 触针轨迹下方的部分)利用快速驱动方案进行更新的组合驱动方案的驱动方式以及相应的驱动方法。
发明内容
因此，一方面，本发明提供一种驱动双稳电光显示器的方法，所述双稳电光显 示器具有多个像素，每一个像素能够显示包括两个极端光学状态的至少三种光学状态， 所述方法包括采用第一驱动方案驱动所述电光显示器，该第一驱动方案能够在所有可以由所 述像素显示的灰度级之间实现转变；以及采用第二驱动方案驱动所述电光显示器，该第二驱动方案仅包含以所述像素的 所述极端光学状态之一结束的转变。为了方便起见，以下将本发明的该方法称为 本发明的“双驱动方案”或者DDS 方法。从之前的论述可以很明显的看出，该方法中的第二驱动方案旨在在显示器要接受 来自触针、笔、键盘、鼠标或者类似输入设备的输入时被调用。第二驱动方案的最大转 变时间将典型地比第一驱动方案的最大转变时间短。第二驱动方案期望地包括“直接” 驱动方案，其中将对于第二驱动方案的每一次(非零)转变的波形定义为位于由第一驱动 方案定义的初始和最终状态之间的第一激励。将本发明扩展到设计以执行本发明的DDS方法的显示控制器或者显示器。根据 需要，可以修改第二驱动方案以包括不以所述像素的极端光学状态之一为结束的一些转变。本发明的显示器可以利用上面论述的任何类型的双稳电光介质。因此，显示器 例如可以使用旋转双色部件或者电致变色材料，或者包括位于流体中并且能够在电场的 影响下移动通过所述流体的多个带电粒子的电泳材料。在这样的电泳材料中，所述带电 粒子以及所述流体被限定在多个囊或者微单元内。可替代地，所述带电粒子以及所述流 体作为由包括聚合物材料的连续相围绕的多个离散微滴存在。所述流体可以是液态或者 气态的。电泳介质可以包括位于染色流体中的单一类型的电泳粒子，或者在非染色流体 中具有不同电泳移动性的两种不同类型的电泳粒子。本发明的显示器可以在现有技术的电光显示器的任何应用中使用。因而，例 如，本发明的显示器可以用于电子书阅读器，便携式计算机，平板计算机，蜂窝电话， 智能卡，标牌，手表，货架标签和闪盘。
图1示意了可以在本发明的方法中使用的3比特(8灰度级)灰度驱动方案。图2示意了可以在本发明的方法中使用的第一 4比特(16灰度级)直接更新驱动 方案的非零波形。图3示意了可以在本发明的方法中使用的第二 4比特(16灰度级)直接更新驱动 方案的非零波形。图4示意了采用本发明的方法在现有的灰度图像上绘制黑色或者白色线。图5A和5B示意了通过将均衡脉冲对结合到本发明的直接更新驱动方案中所实 现的灰度级一致性的改善。
图6示意了可以在本发明的方法中使用的3比特直接更新驱动方案的非零波形。图7示意了图6的3比特驱动方案的4比特投影(如下面所解释的)。
具体实施例方式如所表明的，本发明提供一种驱动多像素双稳电光显示器的方法。所述方法使 用能在由所述像素显示的所有灰度级之间实现转变的第一驱动方案；以及仅包含在所述 像素的极端光学状态之一处结束的转变的第二驱动方案。所述第二驱动方案旨在允许显 示器对用户输入的快速响应，例如用户利用触针在结合了触摸屏的显示器上“写入”； 注意到，从用户的角度来说，这样的触摸屏可以位于电光介质的前面或者后面。诸如可以用作本方法中的第一驱动方案的标准灰度驱动方案具有两倍到三倍于 “饱和脉冲”长度的更新时间，其中将饱和脉冲定义为具有施加激励所需持续时间的脉
冲，该激励可以将显示器从一个极端光学状态(“光轨(opticalrail)”)驱动到另一个极 端光学状态(即黑色到白色或者白色到黑色)。第二驱动方案，即快速驱动方案可以具有 等于饱和脉冲长度的更新时间。该快速驱动方案可以由“直接”驱动方案构成，其中对 于每一次转变，施加恒定电压的时段足够用于在由标准灰度驱动方案定义的初始和最终 状态之间施加直接激励。然而，已经发现，由于电光介质的先前状态依赖性以及其它问题，这样的直接 驱动方案产生了较大的灰度级误差(通常为3到101；单位，其中L'具有通常的CIE定 义)，这在前述的MEDEOD应用中进行了详细论述。调节对于每一个波形的激励能够 降低这些误差。如在美国专利公开No.2006/0232531第
等段中所讨论的，加入对 “FT”序列的微调能够进一步降低该误差。这样的FT序列的长度应该比饱和脉冲长度
加上直接激励的长度要短。当前优选的驱动方案通常包含调节后的激励以及FT序列；附 图中的图1示出了一个示例。图1示出了典型的3比特(8灰度级)驱动方案。每一个波 形是13个帧的长度，并且每一帧是20毫秒长，得到260ms的总更新时间。这比780ms 的标准灰度更新时间要快得多。主对角线单元仅包含0V，因此不在初始和最终状态之间 发生变化的像素不会改变光学反射率，即，这是局部更新驱动方案。该驱动方案是DC不 均衡的，这可以通过查看诸如2—1 — 2的简单闭环看出；在该闭环期间施加的净激励是 +4帧。下面的表阐明了以每帧为基础对于驱动方案的每一个单元的单个环路的DC不均 衡。DC均衡的转变方案是对于任意闭环净激励为零。已经发现，在被连续使用时DC 不均衡驱动对显示器可靠性具有负面影响，因此推荐仅偶尔使用DC不均衡驱动方案。表
~0 |~2 ~33 ~33 |~4 |~4 |~4
~2 0 IL5 05 II 1O^^
"Π I 00 05 O05 1O^^
L5 OOO05 O1O^^
权利要求
1.一种驱动双稳电光显示器的方法，所述双稳电光显示器具有多个像素，每一个像 素能够显示包括两个极端光学状态的至少三个光学状态，所述方法包括使用能够在由所述像素显示的所有灰度级之间实现转变的第一驱动方案驱动所述电 光显示器；以及使用仅包含以所述像素的所述极端光学状态之一结束的转变的第二驱动方案驱动所 述电光显不器。
2.根据权利要求1的方法，其中，对于所述第二驱动方案的每一次转变，施加恒定电 压的时段足够用于在被驱动的像素的初始状态和最终状态之间施加直接激励。
3.根据权利要求1的方法，其中所述第二波形的至少一次转变包括具有相等激励和相 反极性的一对脉冲。
4.根据权利要求1的方法，其中所述第二波形的至少一次转变包括位于两个非零电压 时段之间的零电压时段。
5.根据权利要求1的方法，其中所述第二驱动方案与所述第一驱动方案是DC均衡的。
6.根据权利要求1的方法，其中所述第二驱动方案用于在灰度图像上绘制黑色或白色 线或者进行单色文本输入。
7.一种被布置为实施根据权利要求1的方法的显示控制器或者显示器。
8.根据权利要求7的显示器，具有触摸传感器。
9.根据权利要求7的显示器，包括旋转双色部件或者电致变色材料。
10.根据权利要求7的显示器，包括电泳材料，所述电泳材料包括设置在流体中并且 能够在电场的影响下移动通过所述流体的多个带电粒子。
11.根据权利要求10的显示器，其中所述带电粒子以及所述流体被限定在多个囊或者 微单元内。
12.根据权利要求11的显示器，其中所述电泳材料包括位于以微单元限定的染色流体 中的单一类型的电泳粒子。
13.根据权利要求10的电光显示器，其中所述带电粒子以及所述流体作为由包括聚合 物材料的连续相围绕的多个离散微滴存在。
14.根据权利要求10的显示器，其中所述流体是气态的。
15.—种包括根据权利要求7的显示器的电子书阅读器，便携式计算机，平板计算 机，蜂窝电话，智能卡，标牌，手表，货架标签和闪盘。
全文摘要
通过包括第一驱动方案和第二驱动方案的方法驱动双稳电光显示器，所述双稳电光显示器具有多个像素，每一个像素能够显示包括两个极端光学状态的至少三个光学状态，所述第一驱动方案能在由所述像素显示的所有灰度级之间实现转变，并且所述第二驱动方案仅包含以所述像素的所述极端光学状态之一结束的转变。
文档编号G09G3/20GK102027528SQ200980113104
公开日2011年4月20日 申请日期2009年4月14日 优先权日2008年4月14日
发明者T·A·肖丁 申请人:伊英克公司
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