具有双驱动模式的有源矩阵显示器的制造方法
具有双驱动模式的有源矩阵显示器的制造方法
【专利说明】具有双驱动模式的有源矩阵显示器
[0001]相关申请
[0002]本申请涉及美国专利Nos.5，930，026 ;6，445，489 ;6，504，524 ;6，512，354 ；6，531，997 ;6，753，999 ;6，825，970 ;6，900，851 ;6，995，550 ;7，012，600 ;7，023，420 ；7，034，783 ;7，116，466 ;7，119，772 ;7，193，625 ;7，202，847 ;7，259，744 ;7，304，787 ；7，312，794 ;7，327，511 ;7，453，445 ;7，492，339 ;7，528，822 ;7，545，358 ;7，583，251 ；7，602，374 ;7，612，760 ;7，679，599 ;7，688，297 ;7，729，039 ;7，733，311 ;7，733，335 ；7，787，169 ;7，952，557 ;7，956，841 ;7，999，787 ;8，077，141 ;8，125，501 ;8，139，050 ；8, 174, 490 ；8, 289, 250 ；8, 300, 006 ；和 8，314，784 ;以及美国专利申请公开Nos.2003/0102858 ；2005/0122284 ；2005/0179642 ；2005/0253777 ；2007/0091418 ；2007/0103427 ； 2008/0024429 ； 2008/0024482 ； 2008/0136774 ； 2008/0150888 ；2008/0291129 ； 2009/0174651 ；2009/0179923 ；2009/0195568 ；2009/0322721 ；2010/0045592 ；2010/0220121；2010/0220122 ；2010/0265561；2011/0187684 ；2011/0193840 ；2011/0193841 ；2011/0199671 ;和 2011/0285754。
[0003]为了方便，前述专利和申请可以在下文中总地被称为“MEDE0D” (用于驱动电光显示器的方法)申请。这些专利和共同未决申请以及以下提到的所有其他美国专利以及公布的和共同未决的申请的全部内容通过引用包含于此。
[0004]关于电光显示器的背景术语和现有技术在美国专利N0.7,012,600中详细地讨论，读者参考它得到更多的信息。因此，该术语和现有技术在下文简要地概括。
技术领域
[0005]本发明涉及有源矩阵显示器，以及更特别地涉及具有双驱动模式的这种显示器。本发明特别地，但并非排他地，意于使用基于粒子的电泳显示器，其中，一种或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穿过流体以改变显示器的外观(appearance)。
【背景技术】
[0006]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。
[0007]术语“灰色状态”在此使用的是其在成像技术领域中的常规含义，指的是介于像素的两个极端光学状态之间的一种状态，但并不一定意味着处于这两个极端状态之间的黑白过渡。例如，下文中所参考的伊英克公司的几个专利和公开申请描述了这样的电泳显示器，其中，该极端状态为白色和深蓝色，使得中间的“灰色状态”实际上为淡蓝色。下文使用的术语“黑色”和“白色”是指显示器的两个极端光学状态，并且应当被理解为通常包括极端光学状态(其并不仅限于黑色和白色)，例如上面提到的白色和深蓝色状态。下文使用的术语“单色的”表示仅将像素驱动至其两个极端光学状态，而没有中间灰色状态的驱动方案。
[0008]术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是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的至少一个光学性质不同，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，该状态将持续的时间是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至少几倍(例如至少4倍)。美国专利N0.7，170，670表明，能够显示灰度的一些基于粒子的电泳显示器不仅可以稳定于其极端的黑色和白色状态，还可以稳定于其中间的灰色状态，一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为是“多稳态的”而非双稳态的，但是为了方便，在此使用术语“双稳态的”以同时覆盖双稳态的和多稳态的显不器。
[0009]术语“脉冲”在此使用的常规含义是电压关于时间的积分。然而，一些双稳态电光介质用作电荷转换器，并且利用这种介质，可以使用脉冲的可选定义，即电流关于时间的积分(等于施加的总电荷)。根据介质是用作电压_时间脉冲转换器还是用作电荷脉冲转换器，应当使用合适的脉冲定义。
[0010]下文的讨论主要集中于用于通过从初始灰度至最终灰度(可以与初始灰度相同或者不相同)的过渡来驱动电光显示器的一个或多个像素的方法。术语“波形”用于指示用于实现从一个特定初始灰度到特定的最终灰度的过渡的整个电压与时间曲线。典型地，该波形包括多个波形元素；其中，这些元素本质上是矩形的(即，其中，给定元素包括在一个周期的时间内施加恒定电压)；该元素可以被称为“脉冲”或“驱动脉冲”。术语“驱动方案”指足以实现特定显示器的灰度之间的所有可能的过渡的一组波形。显示器可以使用多于一个驱动方案；例如，前述美国专利N0.7，012, 600教导了根据诸如显示器温度或者在其存在期间已经工作的时间等参数，驱动方案需要被修改，并且因此显示器可以被提供有多个不同的驱动方案以在不同的温度使用等。以该方式使用的一组驱动方案可以被称为“一组相关驱动方案”。如一些前述MEDE0D申请中所描述的，也可以在同一显示器的不同区域同时使用多于一个驱动方案，以该方式使用的一组驱动方案可以被称为“一组同步驱动方案”。
[0011]已知几种类型的电光显示器，例如:
[0012](a)旋转双色元件显示器(参见例如美国专利Nos.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)；
[0013](b)电致变色显示器(参见例如 0’Regan，B.等人的 Nature，1991，353，737 ;Wood，D.的 Informat1n 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 Nos.6，301，038 ；6, 870.657 ;以及 6，950，220)；
[0014](c)电润湿显示器(参见Hayes，R.A.等人在Nature，4邪，383_385 (2003年9月25 日)中发表的 “Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting，，以及美国专利公开 N0.2005/0151709)；
[0015](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穿过流体(参见美国专利 Nos.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Nos.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 ;以及国际申请公开 Nos.W0 00/38000 ；W0 00/36560 ；W000/67110 和 WO 01/07961 ;以及欧洲专利 N os.1, 099, 207B1 ;和 1，145, 072B1 ;以及在前述美国专利N0.7，012, 600中讨论的MIT和伊英克公司的其他专利和申请)。
[0016]电泳介质有几种不同的变型。电泳介质可使用液态或气态流体；对于气态流体，例如参考 Kitamura，T.等人的 “Electrical toner movement for electronicpaper-like display，，，IDW Japan，2001，Paper HCS1-1，以及 Yamaguchi，Y.等人的“Tonerdisplay using insulative particles charged triboelectrically，，， IDW Japan，2001，Paper AMD4-4 ;美国专利公开 N0.2005/0001810 ;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 ;W0 2004/079442 和 WO 2004/001498。介质可以被封装，包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括内部相以及包围内部相的囊壁，其中所述内部相含有悬浮在液态悬浮介质中的可电泳移动的粒子。典型地，这些囊体本身保持在聚合粘合剂中以形成位于两个电极之间的连贯层；参见前述MIT和伊英克公司的专利和申请。可替代地，在封装的电泳介质中包围离散的微囊体的壁可以被连续相替代，因此产生所谓的聚合物分散型的电泳显示器，其中电泳介质包括多个离散的电泳流体的微滴和聚合物材料的连续相；参见例如美国专利N0.6，866，760。为了本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被认定为是封装的电泳介质的子类。另一种变型是所谓的“微单元电泳显示器”，在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体保持在形成于载体介质(通常是聚合物薄膜)内的多个空腔内；参见例如美国专利Nos.6，672，921和6，788，449。
[0017]虽然电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且在反射模式下工作，但许多电泳显示器可以制成在所谓的“快门模式”下工作，在该模式下，一种显示状态实质上是不透明的，而一种显示状态是透光的。参见例如美国专利 N0.5，872，552 ;6，130,774 ;6，144,361 ;6，172,798 ；6, 271,823 ；6，225，971和6，184，856。类似于电泳显示器但是依赖于电场强度的变化的介电泳显示器可以在类似的模式下工作；参见美国专利N0.4，418，346。其他类型的电光显示器也能够在快门模式下工作。在快门模式下工作的电光介质可以用于全色显示器的多层结构；在该结构中，邻近显示器的观察表面的至少一层在快门模式下工作以暴露或隐藏更远离观察表面的第二层。
[0018]封装的电泳显示器通常不受传统电泳装置的聚集和沉淀故障模式的困扰并提供更多的有益效果，例如在多种柔性和刚性基底上印刷或涂布显示器的能力。(使用词“印刷”意于包括印刷和涂布的所有形式，包括，但不限于:诸如批量模具涂布、槽或挤压涂布、滑动或层叠涂布、幕式涂布的预先计量式涂布，诸如罗拉刮刀涂布、正向和反向辊式涂布的辊式涂布，凹面涂布，浸渍涂布，喷雾涂布，弯月面涂布，旋转涂布，刷涂，气刀涂布，丝网印刷工艺，静电印刷工艺，热印刷工艺，喷墨印刷工艺，电泳沉积(参见美国专利N0.7，339，715)，以及其他类似技术。)因此，所产生的显示器可以是柔性的。另外，因为显示器介质可以(使用多种方法)被印刷，所以显示器本身可以被便宜地制造。
[0019]其他类型的电光介质也可用于本发明的显示器。
[0020]不管所使用的电光介质是不是双稳态的，为了获得高分辨率的显示器，显示器的单个像素必须是不被邻近像素干扰地可寻址的。实现该目的的一种方法是提供诸如晶体管或二极管的非线性元件的阵列，其中至少一个非线性元件与每个像素相关，以产生“有源矩阵”显示器。为一个像素寻址的寻址或像素电极通过相关的非线性元件与合适的电压源连接。典型地，当非线性元件是晶体管时，像素电极连接至晶体管的漏极，并且该布置将在下文的描述中呈现，然而这实质上是任意的并且像素电极可以连接至晶体管的源极。通常，在高分辨率阵列中，像素被布置在行和列的二维阵列中，以使任意特定像素被一个特定行和一个特定列的交叉点唯一地限定。每一列中所有晶体管的源极都连接至单一列电极，而每一行中所有晶体管的栅极都连接至单一行电极；再次，将源极分配给行和将栅极分配给列是常规的，但是实质上是任意的，并且如果需要，可以反转。行电极连接至行驱动器，其实质上确保在任意给定的时刻仅选择一行，即，给所选择的行电极施加电压例如以确保在所选择的行上的所有晶体管都是导电的，而给其他的行施加电压以确保在这些未选择的行上的所有晶体管保持不导电。列电极连接至列驱动器，其使得不同列电极电压被选择以将所选择的行上的像素驱动至它们期望的光学状态。(前述电压与共同的前电极有关，后者通常设置在电光介质中与非线性阵列相对的一侧并且在整个显示器上延伸。)在被称为“线寻址时间”的预选择间隔之后，取消选择被选择的行，选择下一行，并且改变列驱动器上的电压以使显示器的下一行被写入。重复该过程以使整个显示器以逐行方式被写入。
[0021]因此，整个显示器的整体更新的最小时间(以下称为“帧周期”)是以上定义的行的数量和每行的线寻址时间的乘积。该帧周期(除了其他变量之外)由包括有源矩阵的晶体管的效率限制，并且该效率取决于制造晶体管的半导体材料。
[0022]为了特定目的，期望能够以至少两种不同的模式驱动有源矩阵显示器。以下讨论将集中于这种双模式驱动对电泳显示器的应用，如上所述，但是本发明不限于这种显示器，并且本发明可以与上述类型的显示器中任一种以及与液晶和微机械(MEMS)显示器一起使用。
[0023]现有技术中已知以双模式方式来驱动电泳显示器，其中，第一模式使用像素特定波形(即，在各个像素之间变化的波形)来以通常用于绘制图像的方式来引起颜料粒子的平行于所施加的场的电泳运动。例如，电泳显示器可以包括散布在流体中的带正电荷的白色(散射)粒子和带负电荷的黑色粒子；将负电压施加至背板像素电极将朝向显示器的前(观察)表面移动白色颜料，并朝向背板移动黑色颜料，以产生像素的白色状态(经由观察表面观看)；相反，将正电压施加至背板像素电极将通过引起白色和黑色粒子在相反方向上的运动来产生黑色状态。
[0024]在第二模式中，使用快速变化的(交流)电压；参见例如美国专利Nos.7，106, 296，7，116，466，7，259，744，7，304，787，7，327，511，7，583，251 和 7，999，787。在这些专利中，使用交流电压来引起粒子在显示器的平面中的空间上不均匀的分布，导致在透明度上不同于可通过直流(DC)驱动实现的状态的光学状态。用于引起透明度的这种变化的交流电压(通常为方波)的频率可能超过50Hz，需要短于10毫秒的单独的方波脉冲，以及类似持续时间的帧周期。这样的帧周期可能超出传统的薄膜晶体管阵列的性能。在一些情况中，需要高于1kHz的交流电压频率，这远超过商业薄膜晶体管阵列的现在的性能。
[0025]因此，通过传统的背板驱动不能得到第二驱动模式所需的快速变化的电压分布，即期望的驱动模式可能涉及经由背板通过其行和列驱动器不易达到的电压变化的频率或电压值。尽管传统的有源矩阵显示器模块被设计为以上述第一模式驱动，但它们不能因此而允许使用第二模式的有效驱动。
【发明内容】
[0026]本发明试图提供对该问题的解决方案以及由此提供一种电光显示器，以及用于驱动这种显示器的方法，其允许快速变化的电压分布施加至有源矩阵显示器的像素。
[0027]因此，本发明提供一种电光显示器，包括:
[0028]电光材料层；
[0029]至少一个光透射电极，设置在电光材料层的一侧上；
[0030]多个像素电极，设置在电光材料层的与所述至少一个光透射电极相对的一侧上；
[0031]多个电容器电极，每个电容器电极与多个像素电极中的一个相关联，以使得像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器；以及
[0032]开关部件，其具有第一位置和第二位置，在第一位置中，每个电容器电极电连接至光透射电极，在第二位置中，每个电容器电极电连接至电压源，电压源具有独立于光透射电极上的电压的电压。
[0033]在该电光显示器的一种形式中，在开关部件的第二位置中，每个电容器电极连接至诸如地线的恒定电压源。
[0034]在本发明的电光显示器的一种形式中，每个像素电极连接至晶体管的漏极，晶体管还连接至源极线和栅极线。
[0035]在本发明的电光显示器中，像素电极的位于电光介质附近(以及由此在显示器工作时将电场施加至该介质)的部分不需要是与形成具有电容器电极的电容器的相同的部分，尽管像素电极的两个部分(如果不同的话)必须相互电连接。特别地，本发明的电光显示器可以利用所谓的“嵌入晶体管”(参见例如美国专利N0.7，176，880)，其中，每个像素电极以两个部分位于介电材料层的相对侧上，第一部分位于电光材料层附近，第二部分连接至相关联晶体管的漏极或源极，并通过穿过介电材料层的导电通孔来连接至第一部分。
[0036]本发明还提供一种用于对电光显示器寻址的方法，电光显示器包括:
[0037]电光材料层；
[0038]至少一个光透射电极，设置在电光材料层的一侧上；
[0039]多个像素电极，设置在电光材料层的与所述至少一个光透射电极相对的一侧上；
[0040]多个电容器电极，每个电容器电极与多个像素电极中的一个相关联，以使得像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器；以及
[0041]开关部件，其具有第一位置和第二位置，在第一位置中，每个电容器电极电连接至光透射电极，在第二位置中，每个电容器电极电连接至电压源，电压源具有独立于光透射电极上的电压的电压，所述方法包括:
[0042](i)在开关部件处于其第一位置的情况下，将电压施加至像素电极，以使得像素电极和光透射电极处于大致相同的电势；以及
[0043](ii)在开关部件处于其第二位置的情况下，将电压施加至像素电极，以使得光透射电极和像素电极不处于相同的电势。
[0044]在本发明的该方法的优选形式中，每个像素电极连接至晶体管的漏极，晶体管还连接至源极线和栅极线，以及在所述方法的步骤(i)中，经由源极线通过晶体管将电压施加至像素电极。
[0045]本发明的显示器和方法可以利用如上所述的任意类型的双稳态电光材料。由此，例如，在本发明的显示器和方法中，电光材料可以包括旋转双色元件、电致变色或电润湿材料。可替换地，电光材料可以包括电泳材料，电泳材料包括多个带电粒子，带电粒子分布在流体中并且能够在电场的影响下移动穿过流体。带电粒子和流体可以被限定在多个囊体或微单元内，或者可以以被包含聚合物材料的连续相包围的多个离散的微滴的形式存在。流体可以是液态或气态。
[0046]本发明的显示器和方法可以用在已经使用现有技术的电光显示器的任何应用中。由此，例如，本显示器和方法可以用在电子书阅读器、便携式电脑、平板电脑、蜂窝电话、智能卡、指示牌、手表、货架标签、可变传输窗和闪盘驱动器中。
【附图说明】
[0047]图1是本发明的薄膜晶体管有源矩阵背板和相关的双模式驱动电路的一部分的示意截面；以及
[0048]图2是本发明的两阶段显示器驱动的图形表示。
【具体实施方式】
[0049]如上所示，本发明提供一种双驱动模式电光显示器和相应的驱动方法。本发明允许以两种不同的模式来驱动有源矩阵显示器。在第一模式中，可以在帧周期内将不同的电压脉冲(或波形)提供至显示器的每个单独像素电极，而在第二模式中，包括多于一行的显示器的多个像素可以同时利用特定电压或波形被寻址。可选地，整个显示器中的每个像素可以在第二驱动模式中同时被寻址，但这不是本发明的需求。本发明还可以提供用于切换显示器寻址的模式以使得其可以在不同的时间段以第一和第二模式交替地驱动的部件。
[0050]图1不出包括光透射电极102的显不器(总地表不为100)的一部分的不意截面，光透射电极102可以是透明的或半透明的；电极102具有延伸跨越整个显示器并形成用户观察显示器100的观察表面的普通前平面电极的传统形式。显示器还包括电光材料层104，在层104的与电极102的相对侧上，有源矩阵背板被栅极线118开关，有源矩阵背板包括经由薄膜晶体管通过源极线114和116驱动的像素电极的阵列(其中仅示出两个，分别表示为106和108)。电容器电极110和112分别与像素电极106和108相关联并邻近放置，以使得每个电容器电极形成具有其关联像素电极的电容器。(如前所述，像素电极的位于电光介质附近(并由此在显示器工作时施加电场至该介质)的部分不需要是与形成具有电容器电极的电容器的相同部分，尽管像素电极的两个部分(如果不同的话)必须相互电连接；由此，图1所示的显示器100可以被修改以使得电容器电极110和112可以邻近与像素电极106和108接触的连接器放置。)以双位置开关120的形式的开关部件将电容器电极110和112连接至供电线124(其连接至电极102)(位置1)或连接至诸如地线的恒定电压源(位置2) o
[0051]一些现有技术的有源矩阵电光显示器(参见例如前述美国专利N0.7，176，880)利用这样的电容器电极，其形成具有像素电极的电容器并经由背板的边缘上的金属迹线电连接至(前)光透射电极。这种类型的连接在本发明的显示器的第一驱动模式中是值得期望的，因为其消除了跨越显示器像素的不期望的电压瞬变，这种电压瞬变在顶面上的电压和电容器电极上的电压不严格地相互追随的情况下发生。
[0052]然而，前电极102与电容器电极110和112之间的这种电连接在本显示器的第二驱动模式中是有害的，因为当电容器电极电连接至前平面电极时，由于像素电极106和108与电容器电极110和112之间的因电压变化的发生频率显著大于以下定义的临界频率的电容耦合，施加至前电极102的电压的时间变化将导致在像素电极106和108上的近似的匹配电压变化。当像素电极电压紧紧地追随前电极电压时，跨越电光材料104的电压降接近为零，因而不可能存在由于施加至前电极102的电压的变化而产生的电光层104的光学状态的强烈变化。本质上，前电极电压改变被电容器电极上的匹配的电压改变抵消。
[0053]然而，如果根据本电光显示器和方法的第二驱动模式，电容器电极110和112连接至诸如电路地电位的恒定电压或者“Vcom”电压(从地电位偏移以补偿栅极像素电压跳变的电压；参见美国专利N0.7，034，783)，施加至前电极102的电压的快速变化可以引起前电极102与像素电极106和108之间的大的电压降(即，可以产生跨越电光层104的大的电压)并且因此可以引起电光层104的光学状态的实质改变。在该情况下，每个存储电容器在前电极电压变化时将其像素电极的电压保持为接近恒定，因为存储电容比像素电容(例如由像素电极106和108以及前电极102限定)大得多。例如，如果像素电容为50fF以及像素存储电容器为3pF，忽略像素电极的其他寄生电容，则像素电极将仅追随前电极的变化的约(50fF/(50fF+3pF)) = 1.6%。这留下前电极与像素电极之间(即跨越电光层104)的电压变化的约98.4%。(该计算忽略了由于每个像素电极与前电极之间的电阻耦合而引起的小的像素电压偏移。)
[0054]在图1所示的显示器100中，开关(图1中的120)被接入从电容器电极引出的导电线122中。该开关120将像素存储电容器的电容器电极(a)在位置1连接至前电极电压供给线124或者(b)在位置2连接至恒定电压(通常为地电位或在施加开关波形之前匹配顶面电压的值(通常称为“Vcom”))。
[0055]在本发明的双模式驱动方法中开关120的操作如下。开关120被保持在位置1以将电容器电极保持在与前电极相同的电压并允许以如上定义的第一(DC)模式来驱动显示器。开关被保持在位置2以将电容器电极保持在恒定的电压(诸如地电位或Vcom)以允许以如上定义的第二(AC)模式进行驱动。在第二模式驱动期间，像素电极电压将保持几乎恒定，因为如上所述，存储电容比(像素电极与前电极之间的)像素电容大得多，并且也比每个像素电极与诸如源极线的其他附近电极之间的其他所谓的寄生电容大得多。确切地说，由于像素电容和其他寄生电容，像素电极电压将在前电极电压变化时从恒定值 升高，但是如上所述当像素存储电容与具有像素电极电容的其他电容相比较较大时，该升高将很小。
[0056]像素电极与包括前电极和相邻像素电极的相邻电极之间的阻性接触将导致像素电压不保持恒定。然而，针对快速变化的前电极电压，从恒定值的电压升高将很小。这里，当组成前电极电压的主要频率比“像素松弛时间”的倒数大得多时，前电极电压被认为是“快速变化的”。像素松弛时间由以下两者的乘积给出:由像素电极经受的电容(这通常是存储电容器)之和以及像素电极与前电极以及相邻像素之间的电阻和像素电阻器“关闭状态”的电阻的谐波和(harmonic sum)。为了便于计算，该电阻的谐波和近似为像素电极与前电极之间的电阻(针对良好设计的显示器)，因为该电阻在对其他导体的电阻耦合之间通常是最小的。
[0057]图2是可以由图1所示的显示器100执行的本发明的双模式驱动方法的图形表示。尽管图2中示出了两阶段图像更新，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，图像更新可以包括任意数量的阶段，只要在至少一个阶段，开关120处于其第一位置，以及在至少一个另一阶段，开关120处于其第二位置。在图1所示的阶段1中，用于电容器电极的开关120处于位置2 (如以上参考图1所定义的)。通过施加至前电极102的电压的调制(即，根据如上所述的第二显示器驱动模式)来将总体时间变化电压施加至成像电光层104。在阶段2中，用于像素存储电容器对电极120的开关处于位置1。使用薄膜晶体管阵列通过栅极驱动器控制的逐行扫描如上所述地(即，根据如上所述的第一显示器驱动模式)，将电压以及期望波形施加至由初始和最终图像定义的各种像素电极。
[0058]图2所示的更新序列被提供为仅用于示意目的的示例。可以通过扩展该简单的示例来容易地设想更复杂的序列。在所示出的序列中，图像更新在两个阶段中发生。在阶段1中，可以例如通过应用施加至前电极的高频、正弦或方波电压将显示器整体驱动至已知的光学状态。在阶段1期间，控制电容器电极的开关120处于位置2(参见图1)。在阶段1结束时，开关120改变为位置1。在随后的阶段2中，根据波形驱动方案以及初始和最终图像将像素电极充电至各个值。通过背板的标准有源矩阵扫描来实现阶段2中的像素充电。
[0059]应该理解，如之前提到的，当控制电容器电极的开关处于位置1时，电容器电极上的电压在驱动期间保持恒定。然而，该电压不期望在更新结束之前和之后保持恒定。例如，当显示器不通过前电极电压的变化被开关时，方便或期望的是使该电极电压随着用于驱动前电极的“Vcom”电压移动。通常，该Vcom电压在以第一显示器驱动模式开始背板扫描时达到非零值，并且允许在背板扫描结束时松弛到零。
[0060]可以在显示器中使用多于一个前电极，在该情况下，可能需要多于一个开关(在图1中由开关120举例说明)。同样地，尽管图2示出的更新序列中，开关120随时间的发展为开关在位置1之前保持在位置2，但这不是本发明的要求。同样不必要的是，在第二显示器驱动模式中，在将电容器电极维持在恒定电压的同时将可变电压施加至前电极。本发明仅要求前电极和电容器电极之间的电势差变化，以使得至少在原则上，可以在将前电极保持在恒定电压的同时，将可变电压施加至像素电极。
【主权项】
1.一种电光显示器(100)，包括: 电光材料层(104)； 至少一个光透射电极(102)，设置在所述电光材料层(104)的一侧上； 多个像素电极(106，108)，设置在所述电光材料层(104)的与所述至少一个光透射电极(102)相对的一侧上；以及 多个电容器电极(110，112)，每个电容器电极与所述多个像素电极(106，108)中的一个相关联，以使得所述像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器， 所述显示器的特征在于具有开关部件(120)，所述开关部件(120)具有第一位置和第二位置，在所述第一位置中，每个电容器电极(110，112)电连接至所述光透射电极(102)，在所述第二位置中，每个电容器电极(110，112)电连接至电压源，所述电压源具有独立于所述光透射电极(102)上的电压的电压。2.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，在所述开关部件(120)的第二位置中，每个电容器电极(110，112)连接至恒定电压源。3.根据权利要求2所述的电光显示器，其中，在所述开关部件(120)的第二位置中，每个电容器电极(110，112)连接至地线。4.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，每个像素电极(110，112)连接至晶体管的漏极，所述晶体管还连接至源极线(114，116)和栅极线(118)。5.根据权利要求1所述的电光显示器，还包括介电材料层，以及其中，每个像素电极以两个部分位于所述介电材料层的相对侧上，第一部分位于所述电光材料层附近，第二部分连接至相关联晶体管的漏极或源极，并通过穿过所述介电材料层的导电通孔来连接至所述第一部分。6.根据权利要求1所述的电光显示器，还包括用于在所述开关部件处于其第二位置的同时将交流电压施加至所述光透射电极的部件。7.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述电光材料包括旋转双色元件、电致变色或电润湿材料。8.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述电光材料包括电泳材料，所述电泳材料包括多个带电粒子，所述带电粒子分布在流体中并且能够在电场的影响下移动穿过所述流体。9.根据权利要求8所述的电光显示器，其中，所述带电粒子和所述流体被限定在多个囊体或微单元内。10.根据权利要求8所述的电光显示器，其中，所述带电粒子和所述流体以被包含聚合物材料的连续相包围的多个离散的微滴的形式存在。11.包括根据权利要求1所述的显示器的电子书阅读器、便携式电脑、平板电脑、蜂窝电话、智能卡、指示牌、手表、货架标签、可变传输窗或闪盘驱动器。12.一种用于对电光显示器(100)寻址的方法，所述电光显示器(100)包括: 电光材料层(104)； 至少一个光透射电极(102)，设置在所述电光材料层(104)的一侧上； 多个像素电极(106，108)，设置在所述电光材料层(104)的与所述至少一个光透射电极(102)相对的一侧上； 多个电容器电极(110，112)，每个电容器电极与所述多个像素电极(106，108)中的一个相关联，以使得所述像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器；以及 开关部件(120)，其具有第一位置和第二位置，在所述第一位置中，每个电容器电极(110，112)电连接至所述光透射电极(102)，在所述第二位置中，每个电容器电极(110,112)电连接至电压源，所述电压源具有独立于所述光透射电极(102)上的电压的电压， 所述方法包括: (i)在所述开关部件(120)处于其第一位置的情况下，将电压施加至所述像素电极(110，112)，以使得所述像素电极和所述光透射电极(102)处于大致相同的电势；以及 (?)在所述开关部件(120)处于其第二位置的情况下，将电压施加至所述像素电极(110，112)，以使得所述光透射电极(102)和所述像素电极不处于相同的电势。13.根据权利要求12所述的方法，其中，每个像素电极连接至晶体管的漏极，所述晶体管还连接至源极线和栅极线。14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述方法的步骤(i)中，经由所述源极线通过所述晶体管将所述电压施加至所述像素电极。15.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述方法的步骤(ii)中，将交流电压施加至所述光透射电极。
【专利摘要】一种有源矩阵电光显示器(100)，包括与像素电极(106,108)相关联的电容器电极(110,112)，以使得像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器。显示器(100)还包括开关部件(120)，开关部件(120)具有一个位置和第二位置，在一个位置中，每个电容器电极(110,112)电连接至显示器(100)的光透射前电极(102)，在第二位置中，每个电容器电极(110,112)电连接至电压源，电压源具有独立于光透射电极上的电压。
【IPC分类】G02F1/01, G02B26/00
【公开号】CN104903782
【申请号】CN201380069693
【发明人】K·R·阿蒙森
【申请人】伊英克公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月15日
【公告号】EP2920641A1, US20140139501, WO2014078616A1
【专利说明】具有双驱动模式的有源矩阵显示器
[0001]相关申请
[0002]本申请涉及美国专利Nos.5，930，026 ;6，445，489 ;6，504，524 ;6，512，354 ；6，531，997 ;6，753，999 ;6，825，970 ;6，900，851 ;6，995，550 ;7，012，600 ;7，023，420 ；7，034，783 ;7，116，466 ;7，119，772 ;7，193，625 ;7，202，847 ;7，259，744 ;7，304，787 ；7，312，794 ;7，327，511 ;7，453，445 ;7，492，339 ;7，528，822 ;7，545，358 ;7，583，251 ；7，602，374 ;7，612，760 ;7，679，599 ;7，688，297 ;7，729，039 ;7，733，311 ;7，733，335 ；7，787，169 ;7，952，557 ;7，956，841 ;7，999，787 ;8，077，141 ;8，125，501 ;8，139，050 ；8, 174, 490 ；8, 289, 250 ；8, 300, 006 ；和 8，314，784 ;以及美国专利申请公开Nos.2003/0102858 ；2005/0122284 ；2005/0179642 ；2005/0253777 ；2007/0091418 ；2007/0103427 ； 2008/0024429 ； 2008/0024482 ； 2008/0136774 ； 2008/0150888 ；2008/0291129 ； 2009/0174651 ；2009/0179923 ；2009/0195568 ；2009/0322721 ；2010/0045592 ；2010/0220121；2010/0220122 ；2010/0265561；2011/0187684 ；2011/0193840 ；2011/0193841 ；2011/0199671 ;和 2011/0285754。
[0003]为了方便，前述专利和申请可以在下文中总地被称为“MEDE0D” (用于驱动电光显示器的方法)申请。这些专利和共同未决申请以及以下提到的所有其他美国专利以及公布的和共同未决的申请的全部内容通过引用包含于此。
[0004]关于电光显示器的背景术语和现有技术在美国专利N0.7,012,600中详细地讨论，读者参考它得到更多的信息。因此，该术语和现有技术在下文简要地概括。
技术领域
[0005]本发明涉及有源矩阵显示器，以及更特别地涉及具有双驱动模式的这种显示器。本发明特别地，但并非排他地，意于使用基于粒子的电泳显示器，其中，一种或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穿过流体以改变显示器的外观(appearance)。
【背景技术】
[0006]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。
[0007]术语“灰色状态”在此使用的是其在成像技术领域中的常规含义，指的是介于像素的两个极端光学状态之间的一种状态，但并不一定意味着处于这两个极端状态之间的黑白过渡。例如，下文中所参考的伊英克公司的几个专利和公开申请描述了这样的电泳显示器，其中，该极端状态为白色和深蓝色，使得中间的“灰色状态”实际上为淡蓝色。下文使用的术语“黑色”和“白色”是指显示器的两个极端光学状态，并且应当被理解为通常包括极端光学状态(其并不仅限于黑色和白色)，例如上面提到的白色和深蓝色状态。下文使用的术语“单色的”表示仅将像素驱动至其两个极端光学状态，而没有中间灰色状态的驱动方案。
[0008]术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是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的至少一个光学性质不同，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，该状态将持续的时间是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至少几倍(例如至少4倍)。美国专利N0.7，170，670表明，能够显示灰度的一些基于粒子的电泳显示器不仅可以稳定于其极端的黑色和白色状态，还可以稳定于其中间的灰色状态，一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为是“多稳态的”而非双稳态的，但是为了方便，在此使用术语“双稳态的”以同时覆盖双稳态的和多稳态的显不器。
[0009]术语“脉冲”在此使用的常规含义是电压关于时间的积分。然而，一些双稳态电光介质用作电荷转换器，并且利用这种介质，可以使用脉冲的可选定义，即电流关于时间的积分(等于施加的总电荷)。根据介质是用作电压_时间脉冲转换器还是用作电荷脉冲转换器，应当使用合适的脉冲定义。
[0010]下文的讨论主要集中于用于通过从初始灰度至最终灰度(可以与初始灰度相同或者不相同)的过渡来驱动电光显示器的一个或多个像素的方法。术语“波形”用于指示用于实现从一个特定初始灰度到特定的最终灰度的过渡的整个电压与时间曲线。典型地，该波形包括多个波形元素；其中，这些元素本质上是矩形的(即，其中，给定元素包括在一个周期的时间内施加恒定电压)；该元素可以被称为“脉冲”或“驱动脉冲”。术语“驱动方案”指足以实现特定显示器的灰度之间的所有可能的过渡的一组波形。显示器可以使用多于一个驱动方案；例如，前述美国专利N0.7，012, 600教导了根据诸如显示器温度或者在其存在期间已经工作的时间等参数，驱动方案需要被修改，并且因此显示器可以被提供有多个不同的驱动方案以在不同的温度使用等。以该方式使用的一组驱动方案可以被称为“一组相关驱动方案”。如一些前述MEDE0D申请中所描述的，也可以在同一显示器的不同区域同时使用多于一个驱动方案，以该方式使用的一组驱动方案可以被称为“一组同步驱动方案”。
[0011]已知几种类型的电光显示器，例如:
[0012](a)旋转双色元件显示器(参见例如美国专利Nos.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)；
[0013](b)电致变色显示器(参见例如 0’Regan，B.等人的 Nature，1991，353，737 ;Wood，D.的 Informat1n 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 Nos.6，301，038 ；6, 870.657 ;以及 6，950，220)；
[0014](c)电润湿显示器(参见Hayes，R.A.等人在Nature，4邪，383_385 (2003年9月25 日)中发表的 “Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting，，以及美国专利公开 N0.2005/0151709)；
[0015](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穿过流体(参见美国专利 Nos.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Nos.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 ;以及国际申请公开 Nos.W0 00/38000 ；W0 00/36560 ；W000/67110 和 WO 01/07961 ;以及欧洲专利 N os.1, 099, 207B1 ;和 1，145, 072B1 ;以及在前述美国专利N0.7，012, 600中讨论的MIT和伊英克公司的其他专利和申请)。
[0016]电泳介质有几种不同的变型。电泳介质可使用液态或气态流体；对于气态流体，例如参考 Kitamura，T.等人的 “Electrical toner movement for electronicpaper-like display，，，IDW Japan，2001，Paper HCS1-1，以及 Yamaguchi，Y.等人的“Tonerdisplay using insulative particles charged triboelectrically，，， IDW Japan，2001，Paper AMD4-4 ;美国专利公开 N0.2005/0001810 ;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 ;W0 2004/079442 和 WO 2004/001498。介质可以被封装，包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括内部相以及包围内部相的囊壁，其中所述内部相含有悬浮在液态悬浮介质中的可电泳移动的粒子。典型地，这些囊体本身保持在聚合粘合剂中以形成位于两个电极之间的连贯层；参见前述MIT和伊英克公司的专利和申请。可替代地，在封装的电泳介质中包围离散的微囊体的壁可以被连续相替代，因此产生所谓的聚合物分散型的电泳显示器，其中电泳介质包括多个离散的电泳流体的微滴和聚合物材料的连续相；参见例如美国专利N0.6，866，760。为了本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被认定为是封装的电泳介质的子类。另一种变型是所谓的“微单元电泳显示器”，在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体保持在形成于载体介质(通常是聚合物薄膜)内的多个空腔内；参见例如美国专利Nos.6，672，921和6，788，449。
[0017]虽然电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且在反射模式下工作，但许多电泳显示器可以制成在所谓的“快门模式”下工作，在该模式下，一种显示状态实质上是不透明的，而一种显示状态是透光的。参见例如美国专利 N0.5，872，552 ;6，130,774 ;6，144,361 ;6，172,798 ；6, 271,823 ；6，225，971和6，184，856。类似于电泳显示器但是依赖于电场强度的变化的介电泳显示器可以在类似的模式下工作；参见美国专利N0.4，418，346。其他类型的电光显示器也能够在快门模式下工作。在快门模式下工作的电光介质可以用于全色显示器的多层结构；在该结构中，邻近显示器的观察表面的至少一层在快门模式下工作以暴露或隐藏更远离观察表面的第二层。
[0018]封装的电泳显示器通常不受传统电泳装置的聚集和沉淀故障模式的困扰并提供更多的有益效果，例如在多种柔性和刚性基底上印刷或涂布显示器的能力。(使用词“印刷”意于包括印刷和涂布的所有形式，包括，但不限于:诸如批量模具涂布、槽或挤压涂布、滑动或层叠涂布、幕式涂布的预先计量式涂布，诸如罗拉刮刀涂布、正向和反向辊式涂布的辊式涂布，凹面涂布，浸渍涂布，喷雾涂布，弯月面涂布，旋转涂布，刷涂，气刀涂布，丝网印刷工艺，静电印刷工艺，热印刷工艺，喷墨印刷工艺，电泳沉积(参见美国专利N0.7，339，715)，以及其他类似技术。)因此，所产生的显示器可以是柔性的。另外，因为显示器介质可以(使用多种方法)被印刷，所以显示器本身可以被便宜地制造。
[0019]其他类型的电光介质也可用于本发明的显示器。
[0020]不管所使用的电光介质是不是双稳态的，为了获得高分辨率的显示器，显示器的单个像素必须是不被邻近像素干扰地可寻址的。实现该目的的一种方法是提供诸如晶体管或二极管的非线性元件的阵列，其中至少一个非线性元件与每个像素相关，以产生“有源矩阵”显示器。为一个像素寻址的寻址或像素电极通过相关的非线性元件与合适的电压源连接。典型地，当非线性元件是晶体管时，像素电极连接至晶体管的漏极，并且该布置将在下文的描述中呈现，然而这实质上是任意的并且像素电极可以连接至晶体管的源极。通常，在高分辨率阵列中，像素被布置在行和列的二维阵列中，以使任意特定像素被一个特定行和一个特定列的交叉点唯一地限定。每一列中所有晶体管的源极都连接至单一列电极，而每一行中所有晶体管的栅极都连接至单一行电极；再次，将源极分配给行和将栅极分配给列是常规的，但是实质上是任意的，并且如果需要，可以反转。行电极连接至行驱动器，其实质上确保在任意给定的时刻仅选择一行，即，给所选择的行电极施加电压例如以确保在所选择的行上的所有晶体管都是导电的，而给其他的行施加电压以确保在这些未选择的行上的所有晶体管保持不导电。列电极连接至列驱动器，其使得不同列电极电压被选择以将所选择的行上的像素驱动至它们期望的光学状态。(前述电压与共同的前电极有关，后者通常设置在电光介质中与非线性阵列相对的一侧并且在整个显示器上延伸。)在被称为“线寻址时间”的预选择间隔之后，取消选择被选择的行，选择下一行，并且改变列驱动器上的电压以使显示器的下一行被写入。重复该过程以使整个显示器以逐行方式被写入。
[0021]因此，整个显示器的整体更新的最小时间(以下称为“帧周期”)是以上定义的行的数量和每行的线寻址时间的乘积。该帧周期(除了其他变量之外)由包括有源矩阵的晶体管的效率限制，并且该效率取决于制造晶体管的半导体材料。
[0022]为了特定目的，期望能够以至少两种不同的模式驱动有源矩阵显示器。以下讨论将集中于这种双模式驱动对电泳显示器的应用，如上所述，但是本发明不限于这种显示器，并且本发明可以与上述类型的显示器中任一种以及与液晶和微机械(MEMS)显示器一起使用。
[0023]现有技术中已知以双模式方式来驱动电泳显示器，其中，第一模式使用像素特定波形(即，在各个像素之间变化的波形)来以通常用于绘制图像的方式来引起颜料粒子的平行于所施加的场的电泳运动。例如，电泳显示器可以包括散布在流体中的带正电荷的白色(散射)粒子和带负电荷的黑色粒子；将负电压施加至背板像素电极将朝向显示器的前(观察)表面移动白色颜料，并朝向背板移动黑色颜料，以产生像素的白色状态(经由观察表面观看)；相反，将正电压施加至背板像素电极将通过引起白色和黑色粒子在相反方向上的运动来产生黑色状态。
[0024]在第二模式中，使用快速变化的(交流)电压；参见例如美国专利Nos.7，106, 296，7，116，466，7，259，744，7，304，787，7，327，511，7，583，251 和 7，999，787。在这些专利中，使用交流电压来引起粒子在显示器的平面中的空间上不均匀的分布，导致在透明度上不同于可通过直流(DC)驱动实现的状态的光学状态。用于引起透明度的这种变化的交流电压(通常为方波)的频率可能超过50Hz，需要短于10毫秒的单独的方波脉冲，以及类似持续时间的帧周期。这样的帧周期可能超出传统的薄膜晶体管阵列的性能。在一些情况中，需要高于1kHz的交流电压频率，这远超过商业薄膜晶体管阵列的现在的性能。
[0025]因此，通过传统的背板驱动不能得到第二驱动模式所需的快速变化的电压分布，即期望的驱动模式可能涉及经由背板通过其行和列驱动器不易达到的电压变化的频率或电压值。尽管传统的有源矩阵显示器模块被设计为以上述第一模式驱动，但它们不能因此而允许使用第二模式的有效驱动。
【发明内容】
[0026]本发明试图提供对该问题的解决方案以及由此提供一种电光显示器，以及用于驱动这种显示器的方法，其允许快速变化的电压分布施加至有源矩阵显示器的像素。
[0027]因此，本发明提供一种电光显示器，包括:
[0028]电光材料层；
[0029]至少一个光透射电极，设置在电光材料层的一侧上；
[0030]多个像素电极，设置在电光材料层的与所述至少一个光透射电极相对的一侧上；
[0031]多个电容器电极，每个电容器电极与多个像素电极中的一个相关联，以使得像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器；以及
[0032]开关部件，其具有第一位置和第二位置，在第一位置中，每个电容器电极电连接至光透射电极，在第二位置中，每个电容器电极电连接至电压源，电压源具有独立于光透射电极上的电压的电压。
[0033]在该电光显示器的一种形式中，在开关部件的第二位置中，每个电容器电极连接至诸如地线的恒定电压源。
[0034]在本发明的电光显示器的一种形式中，每个像素电极连接至晶体管的漏极，晶体管还连接至源极线和栅极线。
[0035]在本发明的电光显示器中，像素电极的位于电光介质附近(以及由此在显示器工作时将电场施加至该介质)的部分不需要是与形成具有电容器电极的电容器的相同的部分，尽管像素电极的两个部分(如果不同的话)必须相互电连接。特别地，本发明的电光显示器可以利用所谓的“嵌入晶体管”(参见例如美国专利N0.7，176，880)，其中，每个像素电极以两个部分位于介电材料层的相对侧上，第一部分位于电光材料层附近，第二部分连接至相关联晶体管的漏极或源极，并通过穿过介电材料层的导电通孔来连接至第一部分。
[0036]本发明还提供一种用于对电光显示器寻址的方法，电光显示器包括:
[0037]电光材料层；
[0038]至少一个光透射电极，设置在电光材料层的一侧上；
[0039]多个像素电极，设置在电光材料层的与所述至少一个光透射电极相对的一侧上；
[0040]多个电容器电极，每个电容器电极与多个像素电极中的一个相关联，以使得像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器；以及
[0041]开关部件，其具有第一位置和第二位置，在第一位置中，每个电容器电极电连接至光透射电极，在第二位置中，每个电容器电极电连接至电压源，电压源具有独立于光透射电极上的电压的电压，所述方法包括:
[0042](i)在开关部件处于其第一位置的情况下，将电压施加至像素电极，以使得像素电极和光透射电极处于大致相同的电势；以及
[0043](ii)在开关部件处于其第二位置的情况下，将电压施加至像素电极，以使得光透射电极和像素电极不处于相同的电势。
[0044]在本发明的该方法的优选形式中，每个像素电极连接至晶体管的漏极，晶体管还连接至源极线和栅极线，以及在所述方法的步骤(i)中，经由源极线通过晶体管将电压施加至像素电极。
[0045]本发明的显示器和方法可以利用如上所述的任意类型的双稳态电光材料。由此，例如，在本发明的显示器和方法中，电光材料可以包括旋转双色元件、电致变色或电润湿材料。可替换地，电光材料可以包括电泳材料，电泳材料包括多个带电粒子，带电粒子分布在流体中并且能够在电场的影响下移动穿过流体。带电粒子和流体可以被限定在多个囊体或微单元内，或者可以以被包含聚合物材料的连续相包围的多个离散的微滴的形式存在。流体可以是液态或气态。
[0046]本发明的显示器和方法可以用在已经使用现有技术的电光显示器的任何应用中。由此，例如，本显示器和方法可以用在电子书阅读器、便携式电脑、平板电脑、蜂窝电话、智能卡、指示牌、手表、货架标签、可变传输窗和闪盘驱动器中。
【附图说明】
[0047]图1是本发明的薄膜晶体管有源矩阵背板和相关的双模式驱动电路的一部分的示意截面；以及
[0048]图2是本发明的两阶段显示器驱动的图形表示。
【具体实施方式】
[0049]如上所示，本发明提供一种双驱动模式电光显示器和相应的驱动方法。本发明允许以两种不同的模式来驱动有源矩阵显示器。在第一模式中，可以在帧周期内将不同的电压脉冲(或波形)提供至显示器的每个单独像素电极，而在第二模式中，包括多于一行的显示器的多个像素可以同时利用特定电压或波形被寻址。可选地，整个显示器中的每个像素可以在第二驱动模式中同时被寻址，但这不是本发明的需求。本发明还可以提供用于切换显示器寻址的模式以使得其可以在不同的时间段以第一和第二模式交替地驱动的部件。
[0050]图1不出包括光透射电极102的显不器(总地表不为100)的一部分的不意截面，光透射电极102可以是透明的或半透明的；电极102具有延伸跨越整个显示器并形成用户观察显示器100的观察表面的普通前平面电极的传统形式。显示器还包括电光材料层104，在层104的与电极102的相对侧上，有源矩阵背板被栅极线118开关，有源矩阵背板包括经由薄膜晶体管通过源极线114和116驱动的像素电极的阵列(其中仅示出两个，分别表示为106和108)。电容器电极110和112分别与像素电极106和108相关联并邻近放置，以使得每个电容器电极形成具有其关联像素电极的电容器。(如前所述，像素电极的位于电光介质附近(并由此在显示器工作时施加电场至该介质)的部分不需要是与形成具有电容器电极的电容器的相同部分，尽管像素电极的两个部分(如果不同的话)必须相互电连接；由此，图1所示的显示器100可以被修改以使得电容器电极110和112可以邻近与像素电极106和108接触的连接器放置。)以双位置开关120的形式的开关部件将电容器电极110和112连接至供电线124(其连接至电极102)(位置1)或连接至诸如地线的恒定电压源(位置2) o
[0051]一些现有技术的有源矩阵电光显示器(参见例如前述美国专利N0.7，176，880)利用这样的电容器电极，其形成具有像素电极的电容器并经由背板的边缘上的金属迹线电连接至(前)光透射电极。这种类型的连接在本发明的显示器的第一驱动模式中是值得期望的，因为其消除了跨越显示器像素的不期望的电压瞬变，这种电压瞬变在顶面上的电压和电容器电极上的电压不严格地相互追随的情况下发生。
[0052]然而，前电极102与电容器电极110和112之间的这种电连接在本显示器的第二驱动模式中是有害的，因为当电容器电极电连接至前平面电极时，由于像素电极106和108与电容器电极110和112之间的因电压变化的发生频率显著大于以下定义的临界频率的电容耦合，施加至前电极102的电压的时间变化将导致在像素电极106和108上的近似的匹配电压变化。当像素电极电压紧紧地追随前电极电压时，跨越电光材料104的电压降接近为零，因而不可能存在由于施加至前电极102的电压的变化而产生的电光层104的光学状态的强烈变化。本质上，前电极电压改变被电容器电极上的匹配的电压改变抵消。
[0053]然而，如果根据本电光显示器和方法的第二驱动模式，电容器电极110和112连接至诸如电路地电位的恒定电压或者“Vcom”电压(从地电位偏移以补偿栅极像素电压跳变的电压；参见美国专利N0.7，034，783)，施加至前电极102的电压的快速变化可以引起前电极102与像素电极106和108之间的大的电压降(即，可以产生跨越电光层104的大的电压)并且因此可以引起电光层104的光学状态的实质改变。在该情况下，每个存储电容器在前电极电压变化时将其像素电极的电压保持为接近恒定，因为存储电容比像素电容(例如由像素电极106和108以及前电极102限定)大得多。例如，如果像素电容为50fF以及像素存储电容器为3pF，忽略像素电极的其他寄生电容，则像素电极将仅追随前电极的变化的约(50fF/(50fF+3pF)) = 1.6%。这留下前电极与像素电极之间(即跨越电光层104)的电压变化的约98.4%。(该计算忽略了由于每个像素电极与前电极之间的电阻耦合而引起的小的像素电压偏移。)
[0054]在图1所示的显示器100中，开关(图1中的120)被接入从电容器电极引出的导电线122中。该开关120将像素存储电容器的电容器电极(a)在位置1连接至前电极电压供给线124或者(b)在位置2连接至恒定电压(通常为地电位或在施加开关波形之前匹配顶面电压的值(通常称为“Vcom”))。
[0055]在本发明的双模式驱动方法中开关120的操作如下。开关120被保持在位置1以将电容器电极保持在与前电极相同的电压并允许以如上定义的第一(DC)模式来驱动显示器。开关被保持在位置2以将电容器电极保持在恒定的电压(诸如地电位或Vcom)以允许以如上定义的第二(AC)模式进行驱动。在第二模式驱动期间，像素电极电压将保持几乎恒定，因为如上所述，存储电容比(像素电极与前电极之间的)像素电容大得多，并且也比每个像素电极与诸如源极线的其他附近电极之间的其他所谓的寄生电容大得多。确切地说，由于像素电容和其他寄生电容，像素电极电压将在前电极电压变化时从恒定值 升高，但是如上所述当像素存储电容与具有像素电极电容的其他电容相比较较大时，该升高将很小。
[0056]像素电极与包括前电极和相邻像素电极的相邻电极之间的阻性接触将导致像素电压不保持恒定。然而，针对快速变化的前电极电压，从恒定值的电压升高将很小。这里，当组成前电极电压的主要频率比“像素松弛时间”的倒数大得多时，前电极电压被认为是“快速变化的”。像素松弛时间由以下两者的乘积给出:由像素电极经受的电容(这通常是存储电容器)之和以及像素电极与前电极以及相邻像素之间的电阻和像素电阻器“关闭状态”的电阻的谐波和(harmonic sum)。为了便于计算，该电阻的谐波和近似为像素电极与前电极之间的电阻(针对良好设计的显示器)，因为该电阻在对其他导体的电阻耦合之间通常是最小的。
[0057]图2是可以由图1所示的显示器100执行的本发明的双模式驱动方法的图形表示。尽管图2中示出了两阶段图像更新，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，图像更新可以包括任意数量的阶段，只要在至少一个阶段，开关120处于其第一位置，以及在至少一个另一阶段，开关120处于其第二位置。在图1所示的阶段1中，用于电容器电极的开关120处于位置2 (如以上参考图1所定义的)。通过施加至前电极102的电压的调制(即，根据如上所述的第二显示器驱动模式)来将总体时间变化电压施加至成像电光层104。在阶段2中，用于像素存储电容器对电极120的开关处于位置1。使用薄膜晶体管阵列通过栅极驱动器控制的逐行扫描如上所述地(即，根据如上所述的第一显示器驱动模式)，将电压以及期望波形施加至由初始和最终图像定义的各种像素电极。
[0058]图2所示的更新序列被提供为仅用于示意目的的示例。可以通过扩展该简单的示例来容易地设想更复杂的序列。在所示出的序列中，图像更新在两个阶段中发生。在阶段1中，可以例如通过应用施加至前电极的高频、正弦或方波电压将显示器整体驱动至已知的光学状态。在阶段1期间，控制电容器电极的开关120处于位置2(参见图1)。在阶段1结束时，开关120改变为位置1。在随后的阶段2中，根据波形驱动方案以及初始和最终图像将像素电极充电至各个值。通过背板的标准有源矩阵扫描来实现阶段2中的像素充电。
[0059]应该理解，如之前提到的，当控制电容器电极的开关处于位置1时，电容器电极上的电压在驱动期间保持恒定。然而，该电压不期望在更新结束之前和之后保持恒定。例如，当显示器不通过前电极电压的变化被开关时，方便或期望的是使该电极电压随着用于驱动前电极的“Vcom”电压移动。通常，该Vcom电压在以第一显示器驱动模式开始背板扫描时达到非零值，并且允许在背板扫描结束时松弛到零。
[0060]可以在显示器中使用多于一个前电极，在该情况下，可能需要多于一个开关(在图1中由开关120举例说明)。同样地，尽管图2示出的更新序列中，开关120随时间的发展为开关在位置1之前保持在位置2，但这不是本发明的要求。同样不必要的是，在第二显示器驱动模式中，在将电容器电极维持在恒定电压的同时将可变电压施加至前电极。本发明仅要求前电极和电容器电极之间的电势差变化，以使得至少在原则上，可以在将前电极保持在恒定电压的同时，将可变电压施加至像素电极。
【主权项】
1.一种电光显示器(100)，包括: 电光材料层(104)； 至少一个光透射电极(102)，设置在所述电光材料层(104)的一侧上； 多个像素电极(106，108)，设置在所述电光材料层(104)的与所述至少一个光透射电极(102)相对的一侧上；以及 多个电容器电极(110，112)，每个电容器电极与所述多个像素电极(106，108)中的一个相关联，以使得所述像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器， 所述显示器的特征在于具有开关部件(120)，所述开关部件(120)具有第一位置和第二位置，在所述第一位置中，每个电容器电极(110，112)电连接至所述光透射电极(102)，在所述第二位置中，每个电容器电极(110，112)电连接至电压源，所述电压源具有独立于所述光透射电极(102)上的电压的电压。2.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，在所述开关部件(120)的第二位置中，每个电容器电极(110，112)连接至恒定电压源。3.根据权利要求2所述的电光显示器，其中，在所述开关部件(120)的第二位置中，每个电容器电极(110，112)连接至地线。4.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，每个像素电极(110，112)连接至晶体管的漏极，所述晶体管还连接至源极线(114，116)和栅极线(118)。5.根据权利要求1所述的电光显示器，还包括介电材料层，以及其中，每个像素电极以两个部分位于所述介电材料层的相对侧上，第一部分位于所述电光材料层附近，第二部分连接至相关联晶体管的漏极或源极，并通过穿过所述介电材料层的导电通孔来连接至所述第一部分。6.根据权利要求1所述的电光显示器，还包括用于在所述开关部件处于其第二位置的同时将交流电压施加至所述光透射电极的部件。7.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述电光材料包括旋转双色元件、电致变色或电润湿材料。8.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述电光材料包括电泳材料，所述电泳材料包括多个带电粒子，所述带电粒子分布在流体中并且能够在电场的影响下移动穿过所述流体。9.根据权利要求8所述的电光显示器，其中，所述带电粒子和所述流体被限定在多个囊体或微单元内。10.根据权利要求8所述的电光显示器，其中，所述带电粒子和所述流体以被包含聚合物材料的连续相包围的多个离散的微滴的形式存在。11.包括根据权利要求1所述的显示器的电子书阅读器、便携式电脑、平板电脑、蜂窝电话、智能卡、指示牌、手表、货架标签、可变传输窗或闪盘驱动器。12.一种用于对电光显示器(100)寻址的方法，所述电光显示器(100)包括: 电光材料层(104)； 至少一个光透射电极(102)，设置在所述电光材料层(104)的一侧上； 多个像素电极(106，108)，设置在所述电光材料层(104)的与所述至少一个光透射电极(102)相对的一侧上； 多个电容器电极(110，112)，每个电容器电极与所述多个像素电极(106，108)中的一个相关联，以使得所述像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器；以及 开关部件(120)，其具有第一位置和第二位置，在所述第一位置中，每个电容器电极(110，112)电连接至所述光透射电极(102)，在所述第二位置中，每个电容器电极(110,112)电连接至电压源，所述电压源具有独立于所述光透射电极(102)上的电压的电压， 所述方法包括: (i)在所述开关部件(120)处于其第一位置的情况下，将电压施加至所述像素电极(110，112)，以使得所述像素电极和所述光透射电极(102)处于大致相同的电势；以及 (?)在所述开关部件(120)处于其第二位置的情况下，将电压施加至所述像素电极(110，112)，以使得所述光透射电极(102)和所述像素电极不处于相同的电势。13.根据权利要求12所述的方法，其中，每个像素电极连接至晶体管的漏极，所述晶体管还连接至源极线和栅极线。14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述方法的步骤(i)中，经由所述源极线通过所述晶体管将所述电压施加至所述像素电极。15.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述方法的步骤(ii)中，将交流电压施加至所述光透射电极。
【专利摘要】一种有源矩阵电光显示器(100)，包括与像素电极(106,108)相关联的电容器电极(110,112)，以使得像素电极及其相关联的电容器电极形成电容器。显示器(100)还包括开关部件(120)，开关部件(120)具有一个位置和第二位置，在一个位置中，每个电容器电极(110,112)电连接至显示器(100)的光透射前电极(102)，在第二位置中，每个电容器电极(110,112)电连接至电压源，电压源具有独立于光透射电极上的电压。
【IPC分类】G02F1/01, G02B26/00
【公开号】CN104903782
【申请号】CN201380069693
【发明人】K·R·阿蒙森
【申请人】伊英克公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月15日
【公告号】EP2920641A1, US20140139501, WO2014078616A1
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