CN101676980B - 驱动双稳态电光显示器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种双稳态电光显示器，具有多个象素，每个象素可以至少显示三个灰度级。驱动该显示器的方法包括以下步骤：存储一包含表示将初始灰度转换到最终灰度所需的脉冲的数据的查询表，存储表示显示器的每个象素的至少一种初始状态的数据；接收表示显示器至少一个象素期望的最终状态的一输入信号；以及产生输出信号，表示如从查询表中所确定的对于从一个象素的初始状态转换到其所期望的最终状态所必需的脉冲。本发明还提供一种用于减少电光显示器的残余电压的方法。

Description

驱动双稳态电光显示器的方法
本申请是国际申请日为2002年11月20日，申请号为02823101.5，发明名称为“驱动双稳态电光显示器的方法”的申请的分案申请。
本发明涉及一种驱动双稳态电光显示器的方法和这种方法使用的装置。更确切地，本发明涉及一种用于能更准确控制电光显示器象素的灰度状态的驱动方法和设备控制器。本发明还涉及一种使提供到电泳显示器的驱动脉冲保持长期直流(DC)平衡的方法。本发明尤其是用来和基于粒子的电泳显示器一起使用，但不限于此，在这种显示器中，一种或多种类型的带电粒子悬在液体中并在电场的影响下在液体中移动以改变显示器的显示。
一方面，本发明涉及能使用供驱动液晶显示器的电路来驱动对于所提供电场的极性敏感的电光介质的装置，其中液晶材料对极性是不敏感的。
在这里所使用的如用于材料或显示器的术语“电光”，在图像技术中它常规的含义涉及一种具有至少在一种光学特性上不同的第一和第二显示状态的材料，通过向该材料施加电场，该材料从其第一显示状态变化到其第二显示状态。尽管该光学特性通常是人眼的可识别色彩，但它也可以是其它光学特性，例如光传输，反射率，亮度或在用于机读显示器的情况下在可见光范围之外的电磁波长反射率变化意义上的伪彩色。
在这里所使用的术语“灰度状态”在图像技术中它常规的含义涉及一种在象素的两个极端(extreme)光学状态中间的状态，而且不必意味着在两极端状态之间的黑-白转换。例如，几个下面谈到的专利和公开申请描述了其极端状态是白和深蓝的电泳显示器，这样中间“灰度状态”实际上就是淡蓝。事实上，如已经指出的，在两极端状态之间的转换可以根本不是一种色彩变换。
在这里所使用的术语“双稳态”和“双稳定性”在该技术中它们常规的含义涉及一种显示器，该显示器包含至少在一种光学特性上具有不同的第一和第二显示状态的显示部件，这样当依靠有限时间的寻址脉冲完成对任一给定部件的驱动以呈现其第一或第二显示状态之后，在寻址脉冲结束之后，该状态会持续至少几倍时间(several times)，例如为改变显示部件状态所需的寻址脉冲最短时间的至少四倍时间。在于2002年4月2日提交的申请序列号10/063236的共同未决申请(同时见相应的国际申请公开NO.WO02/079869)中所示，一些基于粒子的有灰度级的电泳显示器不仅在它们的极端黑白状态，而且在它们的中间灰度状态也是稳定的，这同样适合于一些其它类型的电光显示器。这种类型的显示器相对于双稳态其更适于称为“多稳态”，尽管通常术语“双稳态”可以在这里用于涵盖双稳态和多稳态显示器。
在这里使用的术语“伽马电压”是指驱动器用来确定向显示器象素提供电压的外部电压基准。会意识到双稳态电光介质并不显示为相应于所提供的电压和液晶光学状态特征之间一对一关系的类型，在这里对术语“伽马电压”的使用不像在常规液晶显示器中一样准确，在常规液晶显示器中伽马电压确定在电压等级/输出电压曲线中的拐点。
在这里所使用的术语“脉冲”按其常规的含义是指电压相对于时间的积分。但是，一些双稳态电光介质作为电荷传感器，而对于这样的介质，可以使用一个可供选择的对脉冲的定义，即电流在时间上的积分(其等于所提供的总电荷量)。对脉冲的适当定义取决于介质是作为电压-时间脉冲传感器还是电荷脉冲传感器。
已知几种类型的双稳态电光显示器。一种类型的电光显示器是旋转双色元类型，例如在美国专利号5808783；5777782；5760761；6054071；6055091；6097531；6128124；6137467；和6147791中所述(尽管这种类型的显示器经常被称为“旋转双色球”显示器，但术语“旋转双色元”更为准确，因为在上述一些专利中旋转元不是球形的)。这样一种显示器使用大量具有两个或更多有不同光学特性部分(section)和一个内偶极子的小体(通常为球形或圆柱形)。这些小体悬浮在位于矩阵中的充满液体的液泡中，由于液泡充满液体，所以小体可以自由旋转。这种显示器的表象变为通过向其施加电场，进而把小体旋转到各种位置和改变从一个观察面所看到的小体的部分。
另一种类型的电光介质使用一种电致变色介质，例如一种以纳化色膜形式的电致变色介质，所述膜包括至少一部分是由半导体金属氧化物构成的电极和多个依附于电极的能够可逆变色的染料分子；参见例如O’Regan，B.，等人的Nature 1991，353，737；和Wood，D.，的InformationDisplay，18(3)，24(2002年3月)。也可参见Bach，U.，等人的Adv.Mater.，2002，14(11)，845。这种类型的纳化色膜也有介绍，例如，在美国专利号6301038，国际申请公开NO.WO01/27690以及其共同未决的都在2002年3月18日提交的系列申请NO.60/365368；60/365369和60/365385；都在2002年5月31日提交的系列申请NO.60/319279；60/319280和60/319281以及在2002年7月31日提交的系列申请NO.60/319438。
已经认真研究并发展多年的另一种类电光显示器是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穿过悬浮液移动。同液晶显示器相比，电泳显示器具有优良的亮度和对比度，宽的视角，双稳态状态和低功耗的特性。不过，这些显示器在长期图像品质上的问题已经阻碍了它们的广泛使用。例如，组成电泳显示器的粒子易于沉淀，导致这些显示器的使用寿命不足。
在麻省理工学院(MIT)和EInk公司名下或转让给其的多个描述封装的电泳介质的专利和申请已经在近期公开了。这样的封装介质包括多个小的内体(capsule)，每个内体本身包括一个包含有悬浮在液体悬浮介质中的电泳移动粒子的内相(internal phase)，而一内体壁围绕着内相。通常，内体将其本身保持在聚合物粘合剂中以形成一个位于两电极间的结合层(coherent layer)。在以下文件中描述了这种类型的封装介质，例如美国专利号5930026；5961804；6017584；6067185；6118426；6120588；6120839；6124851；6130773；6130774；6172798；6177921；6232950；6249721；6252564；6262706；6262833；6300932；6312304；6312971；6323989；6327072；6376828；6377387；6392785；6392786；6413790；6422687；6445374；6445489和6459418；以及美国专利申请公开号2001/0045934；2002/0019081；2002/0021270；2002/0053900；2002/0060321；2002/0063661；2002/0063677；2002/0090980；2002/106847；2002/0113770；2002/0130832；2002/0131147和2002/0154382，和国际申请公开号WO99/53373；WO99/59101；WO99/67678；WO00/05704；WO00/20922；WO00/38000；WO00/38001；WO00/36560；W000/20922；WO00/36666；WO00/67110；WO00/67327；WO01/07961；WO01/08241；WO01/17029和WO01/17041。
多个上文中提及的专利和申请认识到可以用一种连续相来取代在封装的电泳介质中围绕着离散微体(microcapsule)的壁，由此制造一种所谓的分散聚合体电泳显示器，在这种显示器中电泳介质包括许多电泳液的离散微滴和聚合材料的连续相，而且即使离散的内体膜不和每个单独微滴结合，在这样的分散聚合体显示器中的电泳液的离散微滴可以看作内体或微体；例如参见WO01/02899，第10页第6-19行。也可参见于2002年2月28日提交的共同未决系列申请NO.09/683903，和相应的国际申请PCT/US02/06393。因此，为了本申请的目的，这样的分散聚合体电泳介质被看作封装的电泳介质的一个亚种。
封装的电泳显示器通常不会遭受传统电泳设备的凝块和沉淀损坏模式，并提供进一步的优点，例如在各种柔性和刚性基板上印刷或涂覆显示器的能力。(词“印刷”的使用是要包括全部形式的印刷和涂覆，包括(但不局限如此)：例如帖片口模涂覆，狭缝或挤出涂覆，滑动或分级涂覆，幕帘涂覆的预先计量涂覆；例如刀上辊涂，向前或反向辊涂的辊涂，凹板涂覆；浸渍涂覆；喷涂；弯液面涂覆；旋涂；刷涂；气刀涂覆；丝网印刷处理；静电印刷处理；热敏印刷处理；喷墨印刷处理；和其它类似技术。)由此所得到的显示器可以是柔性的。此外，由于显示介质可以(使用各种方法)印刷，因此显示器本身可以变得便宜。
一种相应类型的电泳显示器是所谓的“微单元电泳显示器”。在微单元电泳显示器中，带电粒子和悬浮液不是封装在微体内而是保持在形成在通常是聚合物膜的载体介质内的多个空腔内。例如，参见都是转让给Sipix Imaging公司的国际申请公开NO.WO02/01281，以及公开的美国申请NO.2002-0075556。
基于粒子的电泳显示器的双稳态或多稳态特性和其它电光显示器表现的类似特性和传统液晶(“LC”)显示器的形成了鲜明的对比。扭曲向列液晶不是双稳态或多稳态而是作为电压传感器，所以不管原来存在于象素上的灰度级而向这种显示器的象素提供一个设定的电场，在象素上产生一个指定的灰度级。此外，液晶显示器只在一个方向进行驱动(从非透射或“黑”到可透射或“亮”)，从亮状态到黑状态的逆向转换是通过减小或去掉电场来实现的。最后，液晶显示器象素的灰度级对电场的极性不敏感的，而只对其大小敏感，而实际上出于技术原因，商业液晶显示器经常以频繁的间隔翻转驱动电场的极性。
与之相比，第一个近似之处，双稳态电光显示器作为脉冲传感器，所以象素的最终状态不仅依赖于所加电场和所加电场的时间，而且还依赖于施加电场之前象素的状态。此外，现在已经发现，至少在许多基于粒子的电光显示器中，通过在灰度级中(如通过眼睛或标准光学仪器判断)的相等改变来改变一给定象素所需的脉冲不必是常量，它们也不必是可互换的。例如，设想一种显示器，其每一个象素可以显示0(白)，1，2，3(黑)的灰度级，以一定间隔比较好。(在灰度级之间的间隔可以是在反射系数百分比中呈线性的，如由眼睛或仪器所测的，但是也可以使用其它分布。例如，分布可以是在L*中呈线性的，或者可以选择提供一特定伽马值；2.2的伽马值经常用于监视器，其中用该显示器作为监视器的替换物，可以根据需要使用类似的伽马值。)已经发现将象素从0级到1级的变化(下文中为方便起见称为“0-1转换”)所需的脉冲经常和1-2或2-3转换所需的不一样。而且，1-0转换所需的脉冲不必和相反的0-1转换的相同。此外，一些系统表现显示一种“存储”效应，这样(比如说)0-1转换所需的脉冲取决于特定象素是否经历0-0-1，1-0-1或3-0-1转换而稍微变化。(其中，符号“x-y-z”表示按时间顺序访问的光学状态的序列，这里x，y，z都是光学状态0，1，2或3。)尽管可以通过在将所需象素驱动到另一状态之前以一基本周期将显示器的所有象素驱动到极端状态之一来缓解或克服这些问题，但是所产生的纯色“闪烁”经常是不能接受的；例如，电子图书的读者可能需要图书的文本向屏幕下滚动，如果显示器需要纯黑或纯白以频繁的间隔闪烁，那读者可能会被搞晕或丢失他的位置。此外，显示器的这种闪烁增加了功耗并且会减少显示器的使用寿命。最后，已经发现，至少在一些情况下，某一特定转换所需脉冲受温度和显示总操作时间，以及特定象素在给定转换之前保持在某一特定光学状态的时间的影响，为了确保准确的灰度再现，需要对这些因素进行补偿。
在一个方面，本发明寻求提供一种方法和控制器，可以无需在显示器上以频繁的间隔进行纯色闪烁而给电光显示器提供准确的灰度级。
此外，如从上面描述中很容易看出，双稳态电光介质的驱动要求使得为驱动有源矩阵液晶显示器(AMLCD)设计的驱动器不修改不适于用于基于双稳态电光介质的显示器。但是，这样的AMLCD驱动器在商业上易于获得，具有大的容许电压范围和高的引线数封装，具有现货供应的基础，价格便宜，因此这样的AMLCD驱动器对于驱动双稳态电光显示器是具有吸引力的，而定制类似的为基于双稳态电光介质显示器的驱动器实际上会贵一些，还要占用基本设计和制造时间。因此，修改AMLCD驱动器用于双稳态电光显示器具有花费和开发周期上的优势，本发明寻求提供能满足这一点的一种方法和修改的驱动器。
同样，如已经提到的，本发明涉及驱动电泳显示器的方法，使提供到电泳显示器的驱动脉冲保持长期直流(DC)平衡。已经发现封装的和其它电泳显示器需要以精确直流平衡的波形来驱动(即，对于显示器任一特定象素电流对时间的积分要在显示操作的整个扩展周期中保持为零)以保持图像稳定，维持对称的开关特性以及提供显示器的最大使用寿命。用于保持精确直流平衡的常规方法需要精确控制的电源供应，用于灰度的精确电压调制驱动器以及用于定时的晶振，上边和类似部件的提供大大增加了显示器的花费。
而且，即使增加了这样昂贵的部件，仍然没有实现真正的直流平衡。已经经验性地发现，许多电泳介质具有不对称的电流/电压(I/V曲线)，尽管本发明不受这种认识的任何限制，但是相信这种不对称曲线归咎于在介质中的电化学电压源。这种不对称曲线意味着即使在两种情况下将电压小心控制为精确一致的时候，介质寻址到一个极端光学状态时(假设黑色)的电流和该介质寻址到相对的极端光学状态(假设白色)时的不相同。
现在已经发现，在显示器中使用的电泳介质中的直流不平衡的程度可以通过测量开路电化学电位(下文中为方便称为介质的“残余电压(remnant voltage)”)来探知。当象素的残余电压为零时，其就已经为良好的直流平衡了。如果残余电压为正，就是正方向上的直流非平衡。如果残余电压为负，就是在负方向上的直流非平衡。本发明使用残余电压数据来保持显示器的长期直流平衡。
因此，在一个方面，本发明提供一种驱动双稳态电光显示器的方法，所述显示器具有多个象素，其中的每一个可以显示至少三个灰度级(如在常规显示技术中，极端黑和白状态被视作为了用于计算灰度级的两个灰度级)。本方法包括：
存储一查询表，其保存有表示要转换一初始灰度级到一最终灰度级所需脉冲的数据；
存储代表显示器的每个象素的至少一个初始状态的数据；
接收表示显示器的至少一个象素的一期望最终状态的输入信号；和
产生一输出信号，表示将所述象素的初始状态转换到其期望的最终状态所需的脉冲，如从所述查询表中确定的。
这种方法为方便起见在下文中称为本发明的“查询表法”。
本发明还提供一种使用这种方法的设备控制器。该控制器包括：
存储装置，用于存储保存有表示要转换一初始灰度级到一最终灰度级所需脉冲数据的查询表和代表显示器的每个象素的至少一个初始状态的数据；
输入装置，用于接收表示显示器的至少一个象素的一期望最终状态的输入信号；
计算装置，用于从输入信号、所存储的表示所述象素的初始状态的数据以及查询表确定用于将所述一个象素的初始状态变化到期望的最终状态所需的脉冲；以及
用于产生表示所述脉冲的输出信号的输出装置。
本发明还提供一种驱动双稳态电光显示器的方法，所述显示器具有多个象素，其中的每一个可以显示至少三个灰度级。该方法包括：
存储一查询表，其保存有表示要转换一初始灰度级到一最终灰度级所需脉冲的数据；
存储代表显示器的每个象素的至少一个初始状态的数据；
接收表示显示器的至少一个象素的一期望最终状态的输入信号；和
产生一输出信号，表示将所述象素的初始状态转换到其期望最终状态所需的脉冲，如从所述查询表中确定的，输出信号表示要提供给所述象素的基本恒定的驱动电压的时间周期。
本发明还提供一种使用这种方法的设备控制器。该控制器包括：
存储装置，用于存储保存有表示要转换一初始灰度级到一最终灰度级所需脉冲数据的查询表和代表显示器的每个象素的至少一个初始状态的数据；
输入装置，用于接收表示显示器的至少一个象素的一期望最终状态的输入信号；
计算装置，用于从输入信号、所存储的表示所述象素的初始状态的数据以及查询表确定用于将所述一个象素的初始状态变化到期望最终状态所需的脉冲；以及
用于产生表示所述脉冲的输出信号的输出装置，输出信号表示要提供给所述象素的基本恒定的驱动电压的时间周期。
在另一个方面，本发明提供一种使用本发明方法的设备控制器。该控制器包括：
存储装置，用于存储保存有表示要转换一初始灰度级到一最终灰度级所需脉冲数据的查询表和表示显示器的每个象素的至少一个初始状态数据的查询表；
输入装置，用于接收表示显示器的至少一个象素的一期望最终状态的输入信号；
计算装置，用于从输入信号、所存储的表示所述象素的初始状态的数据以及查询表确定用于将所述一个象素的初始状态变化到期望的最终状态所需的脉冲；以及
用于产生表示所述脉冲的输出信号的输出装置，输出信号表示多个在至少电压和持续时间之一中变化的脉冲，在一个预定时间周期届满后输出信号表示为零电压。
在另一个方面，本发明提供一种具有用于连接到电光显示器的驱动电极的输出线的驱动器电路。该驱动器电路包括第一输入装置，用于接收多个表示要放在驱动电极上的信号电压和极性的(n+1)位数字；以及用于接收时钟信号的第二输入装置。一接收到时钟信号，驱动器电路就把所选电压显示在其输出线上。在该驱动器电路的一个优选形式中，所选电压可以是在R和R+V之间2n个离散电压中的任一个或在R和R-V之间2n个离散电压中的任一个，其中R是预定基准电压(通常是有源矩阵显示器的公共前电极的电压，如在下文中详细描述的)，V是该驱动器电路确定(assert)的与基准电压的最大压差。这些所选的电压可以是线性分布在R±V范围内，也可以是非线性方式分布的，该非线性可以由两个或更多的位于特定范围内的伽马电压来控制，每个伽马电压定义一个在伽马电压与相邻的伽马值或基准电压之间的线性条件(regime)。
在另一个方面，本发明提供一种具有用于连接到电光显示器的驱动电极的输出线的驱动器电路。该驱动器电路包括第一输入装置，用于接收多个表示要放在驱动电极上的信号电压和极性的2位数字(2-bitnumber)；以及用于接收时钟信号的第二输入装置。一接收到时钟信号，驱动器电路就把从R+V，R和R-V(其中R和V如上定义)中所选的电压显示在其输出线上。
在另一个方面，本发明提供一种驱动双稳态电光显示器方法，特别是驱动电泳显示器的方法，所述显示器显示一残余电压。该方法包括：
(a)向显示器的象素提供第一驱动脉冲；
(b)在第一驱动脉冲之后测量象素的残余电压；以及
(c)在残余电压的测量之后向象素提供第二驱动脉冲，依赖所测量的残余电压来控制第二驱动脉冲的大小以减小象素的残余电压。
本方法在下文中为了方便起见会称为本发明的“残余电压”法。
图1是表示本发明装置，由该装置驱动的显示器以及关联装置的示意图，设计为表现整个系统的构造；
图2是图1中所示的控制器单元的示意性框图，并说明了由该单元产生的输出信号；
图3是表示图1和2所示的控制器单元产生图2中所示的某一输出信号的方式的示意性框图；
图4和5表示可以用于图1所示显示器的两种不同的基准电压设置；
图6是表示在本发明的查询表方法中在脉宽调制和电压调制方法之间权衡的示意图；
图7是用于本发明查询表方法中的定制(custom)驱动器的框图；
图8是说明可由图1和2所示控制器单元运行的程序的流程图；
图9和10展示了本发明的两种驱动配置；
图11A和11B展示了本发明的第三种驱动配置的两部分。
如上面已经指出的，本发明的查询表部分提供了用于驱动电光显示器的方法和控制器，所述显示器具有多个象素，其中的每一个可以显示至少三个灰度级。本发明当然可以用于具有更多数量灰度级的电光显示器，例如4，8，16或更多。
同样如上所述，驱动双稳态电光显示器需要与通常用于驱动液晶显示器(LCD)大有区别的方法。在常规(非胆甾型)LCD中，向象素施加一个足够周期的特定电压，可以使象素获得一个特定灰度级。而且，液晶材料只对电场的大小敏感，而对其极性不敏感。与之相比，双稳态电光显示器作为脉冲传感器，所以没有在施加电压和获得灰度状态间一对一的映射；必须施加到象素用于得到一给定灰度状态的脉冲(和由此的电压)随相应象素的“初始”灰度状态而变化。此外，由于双稳态电光显示器需要在两个方向上(白到黑，和黑到白)驱动，所以需要指定所需脉冲的极性和大小。
这里，需要考虑根据其在显示技术中的常规含义来定义一些在此使用的术语。下面大多数讨论会集中于经历从“初始”状态到“最终”状态的单一灰度转换(即，从一种灰度到另一种的变化)的一个或多个象素。显然，初始状态和最终状态指定为只考虑单一的所研究的转换，而在大多数情况下，象素在“初始”状态前已经经历过转换，并在“最终”状态后还要经过转换。如下面的解释，本发明的一些实施例不仅会考虑象素的初始和最终状态，还会考虑象素在达到初始状态前所存在的“在前”状态。这里需要在多个在前状态之间进行区别，术语“第一在前状态”用于指相应象素存在一个在初始状态之前的(非零)转换的状态，术语“第二在前状态”用于指相应象素存在一个在第一在前状态之前的(非零)转换的状态，依次类推。术语“非零转换”用于指实现至少一个灰度单位变化的“转换”；术语“零转换”用于指没有产生所选象素灰度的任何变化的“转换”(尽管同时显示器的其它象素可以经历非零转换)。
如本领域技术人员很容易看出的，本发明的方法的一个简单实施例可以只考虑每个象素的初始状态和最终状态，在这种情况下，查询表是二维的。但是，如已经指出的，一些电光介质表现出存储效应，而且这样的介质是需要的，当产生输出信号时，对于这种介质需要不仅考虑每个象素的初始状态，而且还要(至少)考虑该象素的第一在前状态，在这种情况中，查询表是三维的。在一些情况下，可能需要考虑每个象素的多于一个的在前状态，由此导致在查询表中有四个(如果只考虑第一和第二在前状态)或更多维度。
从形式数学观点看，本发明可以看作包括一个算法，给出有关电光象素的初始和最终以及(可选的)在前状态的信息，以及(可选的-参见下文中更详细的讨论)有关显示器的物理状态的信息，会产生一个可以用于象素以实现到期望的最终状态转换的函数V(t)。从该形式观点出发，本发明的控制器实质上可以看作该算法的一个物理实施方式，控制器用作在期望显示信息的设备和电光显示器之间的接口。
暂时忽略物理状态信息，根据本发明，把该算法编码为查询表或转换矩阵。该矩阵会有每个用于期望的最终状态的一维，以及在计算中使用用于其它状态(初始和任何在前状态)的每个维度。矩阵的要素会包括要用于电光介质的的函数V(t)。
查询表或转换矩阵的要素会具有多种形式。在一些情况下，每个要素可以包含单个数。例如，电光显示器可以使用能够输出多种在一个基准电压上下的不同电压的高精度电压调制驱动器电路，并简单地以一个标准的预定周期向象素提供所需电压。在这种情况下，在查询表中的每个条目可以简单具有单个整数的形式，该整数指定要向给定象素提供哪个电压。在另一种情况下，每个要素会包括涉及波形的不同位置的一系列数。例如，在下面描述的本发明的实施例使用单个或双预脉冲波形，而指定这样的所需脉冲需要指出波形的不同位置的几个数。同样在下面讲到的是一个本发明的实施例，其在一个完整扫描中选择多个子扫描周期中的几个的过程中，通过向象素提供一个预定电压而有效应用脉冲长度调制。在这样的实施例中，转换矩阵的要素可以有几位指示是否在相应转换的每个子扫描周期中施加预定电压的形式。最后，如下面更详细的描述，在一些情况中，例如温度补偿显示器，可以对于查询表的要素更方便地为函数的形式(或者，实际上更确切的是在这样的函数中的各种项的系数)。
显然在本发明的一些实施例中所使用的查询表会变得非常大。举一个极端的例子，设想将一种考虑初始、最终和两个在前状态的算法用于256(28)灰度级显示的本发明的操作。所需的四维查询表会有232个条目。如果每个条目需要(假设)64位(8字节)，那么查询表的总量会是大约32G字节。尽管在台式电脑上存储这么大数量的数据不会有什么问题，但是在便携设备中就可能存在问题。但是，实际上这么大的查询表的尺寸是可以大大减小的。在很多情况下，已经发现只有很少数目的波形类型需要大量的不同转换，例如普通波形的单独脉冲的长度是在不同转换间变化的。因此，可以通过使每个条目包括以下部分来减少在查询表中单独条目的长度：(a)一个指向用于指定要使用的小数目波形类型之一的在第二表中条目的指针；以及(b)一个指定普通波形怎样为相关转换变化的小数目的参数。
可以通过一个经验最优处理来预先确定在查询表中条目的值。基本上，将象素设置到相应的初始状态，提供一个据估测需要获得的期望最终状态大致相同的脉冲，并测量象素的最终状态以确定实际和期望最终状态之间的偏差，如果该偏差存在的话。然后该处理会以调制脉冲重复进行直到偏差小于预定值，这可以由用于测量最终状态的仪器的功能来确定。在考虑一个或更多象素的在前状态的该方法的情况中，除了初始状态之外，当象素状态在用于确定脉冲的初始状态和全部的在前状态中为恒定的时候，一般首先确定特定转换所需的脉冲，然后考虑不同的在前状态对该脉冲进行“精密调整”是便利的。
本发明期望提供在考虑到温度和/或显示器的总操作时间的变化时对脉冲调制，和由于一些电光介质的“老化”以及在长期操作后它们状态的变化可能需要的对操作时间的补偿。这样的调制可以一种或两种方法实现。首先，可以由用于在计算输出信号时所考虑的每种变量的附加维度来扩展查询表。显然，当处理例如温度和操作的连续变量时，为了将查询表保持在一个特定的有限尺寸内，需要对连续变量进行量化。为了找出要施加到象素的波形，计算装置可以简单地选择查询表条目作为最接近所测温度的表格。可选地，为了提供更准确的温度补偿，计算装置可以寻找在测得的连续变量两侧的两个邻接查询表条目，并应用一个合适的插值算法来得到在测得的变量中间值处的所需条目。例如，假设矩阵包括以10℃递增的温度条目。如果实际的显示器温度是25℃，那么计算会寻找20℃和30℃的条目并使用这两个的中间值。注意到由于和温度一起的电光介质的特性变化经常不是线性的，所以查询表存储的为温度设置的条目可以不是按线性分布的；例如，许多电光介质温度的变化大都在高温处变快，因此在低温处在查询表中20℃的间距就足够了，而在高温处5℃的间距可以满足要求。
一种用于温度/操作时间补偿的可选择方法是使用以物理变量的函数形式或也许在这样的函数中标准项的更精确系数的查询表条目。对于简单考虑使用时间调制驱动方案的显示器的情况，其中通过向每个象素提供一个变量时间长度的恒定电压(任一极性的)来控制每次转换，因此，省去任何环境变量的修正，在查询表中的每一个条目可以只包含表示要施加的恒定电压的持续时间和它的极性的单一带符号数。如果需要为温度变化修正这样的显示，那么在温度t上为特定转换而需要施加的恒定电压的时间Tt由下式给出：
Tt＝T0+AΔt+B(Δt)2
其中T0是在一些标准温度处所需的时间，通常是显示器预计操作温度范围的中点，Δt是在t和在T0所测温度之间的差，在查询表中的条目可以包括T0以及用于涉及给定条目的特定转换的A和B的值，而计算装置可以使用这些系数来计算在所测温度处的Tt。将其推至更普遍地，计算装置找出适于相应初始和最终状态的查询表条目，然后使用由该条目定义的函数来计算已经考虑了其它需要考虑的变量的合适的输出信号。
用于温度补偿计算的相关温度是在相应象素上的电光介质的温度，而这个温度可以和环境温度明显不同，特别是在显示器要用于室外使用的情况下，例如在那里阳光通过前保护板作用导致电光介质层的温度实际上要高于环境温度。实际上，在巨大的公告板型室外标志的情况中，例如，如果显示器的部分落入邻近建筑的阴影下，而其它部分则在阳光中，那么同一显示器上不同象素间的温度会是不同的。因此，可能需要在电光层中或邻近其嵌入一个或更多的电热偶或其它温度传感器以探测该层的实际温度。在大显示器的情况中，可能还需要规定在通过许多温度传感器测得的温度间的插值法以估计每个特定象素的温度。最后，在由许多可以单独替换的模块构成的大显示器的情况中，本发明的方法和控制器可以为不同模块中的象素规定不同的操作时间。
本发明的方法和控制器还可以考虑要驱动的特定象素的驻留时间(即象素维持一非零转换的周期)。已经发现，至少在一些情况下，为给定转换所需的脉冲随着象素在其光学状态中的驻留时间变化。这样，就期望或必须把用于给定转换的脉冲作为象素在其初始光学状态的驻留时间的函数而改变。为了完成它，查询表可以包括一个由一个计数器索引的用于指示象素在其初始光学状态中的驻留时间的附加维度。此外，控制器需要含有用于显示器中每一象素的计数器的一个附加存储区。这也需要一个显示时钟，其由存储在每个象素的计数值以设置间隔增加。间隔的长度必须是显示器帧周期的整数倍，因此必须不小于一个帧周期。计数器的大小和时钟频率会由所用的变化的脉冲经过的时间长度和必要的时间分辨率来决定。例如，为每个象素存储一个4位计数器可以允许脉冲在一个4秒周期中(4秒×4次计数/秒＝16次计数＝4位)以0.25秒的间隔变化。一旦发生特定事件该计数器可以清零，例如象素的转换到了一种新状态。一旦达到其最大值，可以将计数器设置为“翻转”到零计数，或者保持其的最大值直到它被清零。
当然可以依据需要产生电光介质的任何一种或更多特定转换的脉冲考虑任何其它具有可探测效应的物理参数来改变本发明的查询表法。例如，如果发现电光介质是对湿度敏感的，可以改变本方法以结合环境湿度的修正。
对于双稳态电光介质，查询表会具有以下特征，对于任何象素的初始和最终状态相同的零转换，条目为零，或者换句话说，不会有电压施加到象素上。作为一个必然结果，如果在给定的间隔中显示器上没有象素改变，就不必施加脉冲。这可以实现超低功耗操作，也确保了在显示静态图像时电光介质不会过度驱动。一般，查询表只会保留关于非零转换的信息。换言之，对于两个图像，I和I+1，如果给定的象素在I和I+1中处于相同的状态，那么状态I+1就不会存储在在前状态表中，而且直到象素经历转换之后才会再存储信息。
如对于现代电子技术领域的专业人员来说是显而易见的，本发明的控制器可以具有各种物理形式。并且可以使用任何常规数据处理部件。例如，可以使用通用数字计算机来实现本方法，该计算机与用于将来自计算机的数字输出转换为适当的象素用电压的适当设备(例如，一个或更多数字模拟转换器，“DAC”)相结合。可选的，本发明的方法可以通过使用专用集成电路(ASIC)来实现。特别的，本发明的控制器可以具有视频卡的形式，其可以插入到个人电脑中使得由电脑产生的图像显示在取代例如LCD的现有显示屏或作为现有显示屏的补充的电光屏幕上。由于本发明控制器的结构恰好在图像处理技术中的技术水平上，所以不必在此详细描述其电路细节。
本发明的控制器的优选物理实施例是一种计时控制器集成电路(IC)。该IC接收输入图像数据并输出用于数据收集和选择驱动IC的控制信号，以在象素上产生合适的电压来产生期望的图像。该IC可以通过访问保存图像数据的存储缓冲器来接收图像数据，或者可以接收用于驱动传统LCD面板的信号，从中提取图像数据。它还可以接收任意保存有其需要执行的必要脉冲计算信息的串行信号。另一方面，该计时控制器可用软件实现，或被结合为CPU的一部分。该计时控制器还可以具有测量例如温度的任何影响显示操作的外部参数的能力。
控制器可以如下操作。在存储器中存储控制器可以获取的查询表。对于依次的每个象素，所有必要的初始、最终和(可选的)在前以及物理状态信息都作为输入提供。然后这些状态信息用于计算到查询表中的索引。在量化的温度或其它修正的情况中，来自这个查询的返回值会是一个电压，或是一个相对时间的电压阵列。控制器会为在查询表中的两个定标试验温度重复该操作，然后在这些值之间进行插值。对于算法温度修正，查询表的返回值会有一个或更多的参数，然后如上所述，会将这些参数同温度一起代入一个等式以确定驱动脉冲的适当形式。该程序可以为其它任何需要驱动脉冲实时变化的系统变量以类似的方式实现。一个或多个这样的系统变量可以由例如为了优化显示器的性能而在构造的时候设置在显示面板上的可编程电阻器的值或存储于EPROM中的记忆来确定。
该显示控制器的一个重要特点在于其不象大多数显示器，在大多数实际情况中为了完成一个图像更新需要几个完整的显示扫描。为一个图像更新所需的几个扫描应当组成一个不可间断单元。如果显示控制器和图像源同步操作，那么该控制器必须保证用于计算所提供脉冲的数据在整个扫描中保持恒定。这可以以一种或两种方法实现。首先，输入图像数据会由显示控制器存储在一个单独的缓冲器中(可选地，如果显示控制器正在通过双端口存储器访问显示缓冲器，其应该封锁来自CPU的访问)。其次，在第一次扫描中，控制器可以将计算的脉冲存储在一个脉冲缓冲器中。这第二个选项的好处是每次转换用于扫描面板的内务操作(overhead)只进行一次，而且用于保持扫描的数据会直接从缓冲器输出。
可选的，图像更新可以以一种同步的方式处理。一般来说，尽管一般产生一次两个图像间的完整转换会花费几次扫描，但是单独象素可以在帧的中间开始转换或翻转已经开始的转换。为了实现这个，控制器必须记住对于给定象素整个转换的哪个部分已经完成了。如果接收到改变一个不在当前转换中的象素的光学状态的请求，那么这个象素的计数器会被清零，而这个象素会在下一帧中开始转换。如果当收到一个新的请求时象素正在有效转换中，则控制器会提供一个算法来确定怎样从当前的帧中间状态到达新的状态。对于1位的普通图像流，一种可能的算法是简单地提供一个翻转极性的脉冲，其经过放大并具有和已经提供的在前脉冲部分相同的持续时间。
为了使操作显示器所需的功率最小化，并使电光介质的图像稳定性最大化，当在显示器中没有象素进行转换的时候，该显示控制器可以停止显示器的扫描并减小施加到所有象素的电压或使其接近零。非常有利的是当显示器处于“保持”状态时，该显示控制器可以关闭到其相应行和列驱动器的电源，这样可以使功耗最小化。在这种方案中，当请求下一次象素转换时该驱动器会被重新激活。
附图1示意性地表示和关联装置一起使用的本发明的装置。图1中所示的全部装置(通常指示为10)包括一个图像源，如一个所示的在数据线14上输出表示图像数据的个人电脑12。数据线14可以是任何一种的常规类型并且可以是一条单独数据线或是总线；例如，数据线14可以包括通用串行总线(USB)，串行，并行，IEEE-1394或其它线。在线14上放置的数据可以是常规的位映射图像形式，例如位图(BMP)，标签图像文件格式(TIF)，可交换图像格式(GIF)或联合(Jooint)图像专家组(JPEG)文件。然而，可选的，放置在线14上的数据可以是用于驱动视频设备的信号形式；例如，许多电脑提供一种用于驱动外部显示器的视频输出，而在这种输出上的信号可以用于本发明。在图像处理领域的技术人员可以了解到本发明下面所述的装置可能要执行基本文件格式转换和/或解码，以使用不同类型的可用输入信号，但是这样的转换和/或解码对本领域技术人员是公知的，因此，只会从这一点对本发明的装置进行描述：作为其原始输入的图像数据已经转换到为本发明的装置可以处理的格式。
如下面详细描述的，数据线14延伸到本发明的控制器单元16。该控制器单元16在数据总线18上产生一组输出信号并在单独数据总线20上产生第二组信号。数据总线18连接到两个行(或者栅)驱动器22，而数据总线20连接到多个列(或者源)驱动器24(在图1中所示的列驱动器的数目为了便于表示大为减少)。行和列驱动器控制双稳态电光显示器26的操作。
在图1中所示的装置被选择来表示各种可用单元，其最适于一种试验性的“试验板”单元。在实际的商业制造中，如在装配LCD的传统便携式电脑和个人数字助手中，控制器16通常会成为显示器26的同一物理单元的部分，而图像源也会成为该物理单元的部分。同样的，本发明表示在图1中并在下面主要结合一种有源矩阵显示器结构来描述，这种显示器结构具有在电光层的一侧上的单独的公共透明电极，该公共电极延伸穿过显示器的全部象素。通常，该公共电极位于电光层和观察者之间并形成一个观察者通过其观看显示器的观察面。在电光层的相反一侧放置着以行和列布置的象素电极矩阵，这样由单独行和单独列的交叉处唯一确定每个象素电极。由此，通过改变相对于提供到公共前电极的电压(一般表示为“Vcom”)的提供到相应象素电极的电压，控制由电光层的每个象素所经受的电场。每个象素电极至少和一个晶体管连接，通常是薄膜晶体管。在每行上晶体管的栅极经单独的延长行电极连接到行驱动器22之一上。在每列上晶体管的源极经单独的延长列电极连接到列驱动器24之一上。每个晶体管的漏电极直接连接到象素电极上。可以理解栅极到行和源极到列的分配是随机的，就像源极和漏极的分配那样，是可以颠倒过来的。但是，以下描述会假设常规分配。
在操作中，行驱动器22施加电压到栅极，这样在任一给定时间有一个且只有一行的晶体管是导通的。同时，列驱动器24提供预定的电压到每个列电极。由此，施加到列驱动器的电压只提供到象素电极的一行上，这样在电光介质上写入(或至少部分写入)一行期望的图像。然后行驱动器切换使得在下一行中的晶体管导通，将一组不同的电压施加到列电极，写入下一行图像。
需要强调的是本发明不限于这样的有源矩阵显示器。只要根据本发明确定出用于图像每个象素的正确波形，可以使用任何切换方案来向象素提供波形。例如，本发明可以使用一种所谓的“直接驱动”的方案，其中单独的驱动线提供给每个象素。在原理上，本发明还可以使用一种用于一些LCD的被动矩阵驱动方案，但是需要注意的是，由于许多双稳态电光介质缺少切换阈值(即，只要提供一个延长周期的很小电场，该介质就会改变光学状态)，所以这样的介质不适于被动矩阵驱动。但是，由于看来本发明发现其主要应用于有源矩阵显示器中，所以本发明在此主要是参照这样的显示器进行描述的。
控制器单元16(图1)具有两个主要功能。第一，使用本发明的方法，控制器计算出要从初始图像变化到最终图像必须施加到显示器象素上的脉冲(或波形)的一个二维矩阵。第二，使用为LCD设计的常规驱动器来驱动双稳态电光显示器，控制器16从该脉冲矩阵中计算出要在象素电极上施加期望脉冲所需的全部定时信号。
如图2所示，在图1中所示的控制器单元16具有两个主要部分，即一个缓存表示控制器16B要写入到显示器26(图1)的最终图像数据的帧缓冲器16A，以及控制器本身，标为16B。控制器16B从缓冲器16A中逐个象素读取数据并在数据总线18和20上产生如下所述的各种信号。
图2中所示的信号如下：
D0:D5-象素的一个六位电压值(显然，在该信号中的位数可以依据所用的特定行和列驱动器而改变)
POL-相对于Vcom(参见下文)的象素极性
START-在列驱动器24中放置一个开始位以启动象素值的加载
HSYNC-闩锁列驱动器的水平同步信号
PCLK-沿行驱动器切换开始位的象素时钟
VSYNC-将开始位加载到行驱动器的垂直同步信号
OE-闩锁行驱动器的输出启动信号。
这些信号中，尽管这些信号的确切计时当然会依据所使用的精密电光介质而变化，由于在图1中所示装置中行扫描方法在原理上和LCD扫描方法相同，所以提供到行驱动器22的VSYNC和OE基本上和在常规有源矩阵LCD中提供到行驱动器的相应信号一样。类似的，对于START，HSYNC和PCLK，尽管它们的计时会依据所使用的精密电光介质而变化，提供到列驱动器的这些信号基本上和在常规有源矩阵LCD中提供到列驱动器的相应信号一样。因此，可以认为没有必要进一步描述这些输出信号。
图3以高度示意性的方式表示在图2中所示的控制器16B产生D0:D5和POL信号的方法。如上所述，控制器16B存储表示最终图像120(该图像是期望写入显示器的)，预先写入显示器的初始图像122以及可选择的在初始图像之前写入显示器的一个或更多个在前图像123的数据。在图3所示的本发明的实施例存储了两个这样的在前图像123。(显然，必要数据的存储可以在控制器16B或在一个外部数据存储设备中。控制器16B使用特定象素(如在图3阴影中所示的，表示为第一行第一个象素)在初始、最终以及在前图像120，122和123的数据作为进入查询表124的指针，该查询表提供要改变该象素的状态到在最终图像中的期望灰度级所必须施加到特定象素的脉冲的值。将来自查询表124的合成输出以及来自帧计数器126的输出提供到一个产生D0:D5和POL信号的电压v.帧阵列128。
控制器16B设计为和TFT LCD驱动器一起使用，该驱动器装配有通常相对于顶面改变相邻象素极性的象素翻转电路。间隔的象素可以设计为按偶数和奇数并且连接于电压阶梯的两相对侧。此外，标记为“极性”的驱动器输入用于切换偶数和奇数象素的极性。驱动器连同四个或更多伽马电压等级一起提供，对上述电压等级的设置可以确定电压-等级曲线的局部斜率。具有这些特点的商用集成电路(IC)的典型例子是三星的KS0652 300/309通道TFT-LCD源驱动器。如上所述，要驱动的显示器使用在电光介质一侧上的公共电极，施加到该公共电极的电压参考如“顶面电压”或“Vcom”。
在如附图4所示的一个实施例中，驱动器的基准电压布置为顶面电压位于驱动器所能提供的最大电压(Vmax)的一半上，即
Vcom＝Vmax/2
而伽马电压布置为在顶面电压上下线性变化。(图4和5是假设一个奇数的伽马电压而绘制的，所以例如在图4中伽马电压VGMA(n/2+1/2)等于Vcom。如果存在一个偶数的伽马电压，VGMA(n/2)和VGMA(n/2+1)都设置等于Vcom。类似的，在图5中，如果存在一个偶数的伽马电压，VGMA(n/2)和VGMA(n/2+1)都设置等于地电压Vss)。获得全部转换所需的脉冲长度由分配通过Vmax/2建立新图像所需的最大脉冲来决定。该脉冲可以通过乘以显示扫描率折合为帧数。然后必要的帧数乘以2以给出相当数目的偶数和奇数帧。这些偶数和奇数帧会相应于极性位相对于该帧是设置为高或是低。对于每帧中的每个象素，控制器16B必须提供一种算法，以(1)象素是偶数还是奇数；(2)对于所考虑的帧，极性位是高还是低；(3)所期望的脉冲是正还是负；以及(4)期望脉冲的大小作为其输入。然后算法再确定在此帧中该象素能否以期望的极性被寻址。如果是，就向该象素提供适当的驱动电压(脉冲长度)。如果不是，则将该象素停在顶面电压(Vmax/2)以使其位于保持状态，其中在本帧中没有电场施加到象素。
例如，考虑显示器中两个相邻象素，一个奇象素1和一个偶象素2。而且，假设当极性位是高的时候，奇象素可以访问正驱动电压范围(即在顶面电压之上)，偶象素可以访问负电压(即在顶面电压下面)。如果象素1和2都需要以正脉冲驱动，那么必须存在以下次序：
(a)在正极性帧中，以正电压驱动象素1，象素2保持在顶面电压上；和
(b)在负极性帧中，象素1保持在顶面电压，而以正电压驱动象素2。
尽管一般帧会以1∶1的正负极性交替(即，相互交替)，但是这不是必需的；例如，所有的奇数帧可以聚集在一起，跟着是所有的偶数帧。这会导致会在两个分离的组中驱动显示器的交替列。
本实施例的主要优点在于在操作期间不必切换公共前电极。该主要优点在于可以得到的电光介质的最大驱动电压只是驱动器最大电压的一半，而每一行可以只驱动50％的时间。这样，在相同的最大驱动电压下，这种显示器的刷新时间是电光介质切换时间的四倍。
在本发明的这种形式的第二实施例中，驱动器的伽马电压如图5所示布置，公共电极在V＝0和V＝Vmax之间切换。以这种方法布置的伽马电压允许同时以单一方向驱动偶象素和奇象素，但是需要将公共电极切换到接近相反的驱动极性。此外，由于这种布置是关于顶面电压对称的，因此到驱动器的特定输入会导致相同的电压提供到奇象素或偶象素上。在这种情况下，算法的输入是所期望脉冲的大小和符号，以及顶面的极性。如果相应于期望脉冲的符号来设置当前公共电极，则该值就是输出。如果期望脉冲是在相反的方向，那么将该象素设置在顶面电压，这样在本帧中没有电场施加到该象素上。
如前一实施例所述，在本实施例中可以通过用最大驱动电压除以最大脉冲来计算驱动脉冲的必要长度，而该值通过乘以显示刷新率折合为帧数。帧数必须再翻倍以说明显示器每次只能相应于顶面在一个方向上驱动的事实。
第二实施例的主要优点在于可以使用驱动器的全电压，以及可以立刻驱动所有的输出。但是，两帧需要在相反的方向上驱动。由此，在相同的最大驱动电压下，这种显示器的刷新时间是电光介质的切换时间的两倍。其主要缺点是需要切换公共电极，这可能导致在电光介质，与象素电极相连的晶体管或两者中的不期望的电压噪声。
在任一实施例中，伽马电压一般都以线性斜率分布在驱动器的最大电压和顶面电压之间。依赖于驱动器的设计，为了确保驱动器能在输出上真的产生顶部电压，可能需要一个或更多在顶面值上的伽马电压。
上文中已经对需要使本发明的方法适于为用于LCD设计的常规驱动器的限制作出了参照。更具体地，常规LCD的列驱动器，和特别是超扭曲向列(STN)LCD(可以比其它类型的列驱动器控制更高的电压)，在任一给定时间中只能向驱动线施加两电压之一，因为这就是对极性非敏感的液晶材料的全部需要。相反的，为驱动对极性敏感的电光显示器，最少需要三个驱动器电压电平。这三个所需的驱动器电压是以相对顶面电压为负的驱动象素的V-，以相对顶面电压为正的驱动象素的V+，以及保持象素在相同的显示状态的相对顶面电压为0V的电压。
但是，本发明的方法可以用这种类型的常规LCD驱动器来实现，为了要向电光显示器的象素提供必要的脉冲，安排所提供的控制器向一个或更多列驱动器以及与其相关的行驱动器提供一个适当的电压序列。
这种方法具有两个主要变量。在第一变量中，所有所提供的脉冲必须具有+I，-I或0的三个值之一，其中：
+I＝-(-I)＝Vapp×tpulse
其中Vapp是所提供的在顶面电压之上的电压，而tpulse是以秒为单位的脉冲长度。该变量只允许显示器以二进制(黑/白)模式操作。在第二个变量中，所提供的脉冲可以从+I变化到-I，但是必须是Vapp/freq的整数倍，其中freq是显示器的刷新频率。
本发明的这个方面利用已经指出的以下事实，常规LCD驱动器设计成以频率间隔翻转极性来避免某些不期望但可能会在显示器中产生的效应。因此，这样的驱动器设计成接收来自控制器的极性或控制电压，其可以为高或者为低。当表明是一个低控制电压时，在任一给定驱动器输出线上的输出电压可以采用可能所需的三个电压之外的两个之一，比方说V1或V2，而当表明是一个高控制电压时，在任一给定驱动器输出线上的输出电压可以采用可能需要的三个电压中不同的两个之一，比方说V2或V3。由此，仅当三个所需电压之外的两个可以在任一特定时间被寻址，全部的三个电压才可以在不同时间中获得。这三个所需电压通常会满足以下关系式：
V2＝(V3+V1)/2
V1可以在或者接近逻辑地。
在本发明的这种方法中，显示器会被扫描2×tpulse×freq次。对于这些扫描的一半(即，对于tpulse×freq次的扫描)，会把驱动器的输出设置为V1或V2，其通常会分别等于-V和Vcom。由此，在这些扫描中，象素或者驱动为负，或者保持在相同的显示状态。对于扫描的另一半，会把驱动器的输出切换到V2或V3，其通常会分别等于Vcom和+V。在这些扫描中，象素或者驱动为正，或者保持在相同的显示状态。下面的表1说明这些选项是如何组合以产生在任一方向的驱动或一个保持状态；当然相应的会得到黑状态的正驱动和会得到亮状态的负驱动是所用特定电光介质的一种功能。
表1同STN驱动器的保持获得双向驱动脉冲的驱动序列
Figure G2009101634446D00221
有多种不同方法来安排该驱动方案的两个部分(即，两个不同类型的扫描或“帧”)。例如，两种类型的帧可以交替。实际上当在交替的帧中以相反方向进行驱动的时候，如果以高刷新率进行，那么电光介质会同时表现出发光和变暗。可选的，一种类型的所有帧可以在第二类型帧的任一个之前出现；这会导致一种两步的驱动外部特性。当然其它布置也是可以的；例如两个和更多的一种类型的帧跟着两个或更多相反类型的帧。此外，如果在两个方向之一中没有象素需要驱动，那么会取消该极性的帧，50％地减少驱动时间。
当第一变量只能产生二进制图像时，第二变量可以提供具有多灰度级的图像。这是通过结合上述对不同象素的脉宽调制的驱动方案来实现的。在这种情况下，再一次对显示器扫描2×tpulse×freq次，但是在足够的这些扫描中只对任一特定象素提供驱动电压以保证获得特定象素所期望的脉冲。例如，对于每一个象素，可以记录所提供的总的脉冲，当象素达到其期望的脉冲时，在全部下面的扫描中该象素会保持在顶面电压。对于需要以少于总扫描时间驱动的象素，驱动部分的时间(即，在为改变象素的显示状态提供脉冲的时间部分，与所提供的电压简单维持象素的显示状态的保持部分相对)可以以不同的方法分布在总的时间内。例如，全部的驱动部分可以设置为在总的时间的开头处开始，或者全部的驱动部分可以改为在总时间的末尾定时完成。如在第一变量中，如果在第二变量中的任一时间不再有特定极性的脉冲需要提供给任一象素，那么可以取消提供该极性脉冲的扫描。这可能意味着整个脉冲会缩短，例如，如果以正和负方向提供的最大脉冲小于最大允许脉冲。
为了说明的目的采取高度简化的情况，假设用于显示器的上述灰度方案具有四个灰度级，即黑(0级)，暗灰度(1级)，亮灰度(2级)以及白(3级)。在下面的表2中概况了这样显示器的一种可能的驱动方案。
表2
  帧No.   1   2   3   4   5   6
  奇偶性   奇   偶   奇   偶   奇   偶
  转换
  0-3   +   0   +   0   +   0
  0-2   +   0   +   0   0   0
  0-1   +   0   0   0   0   0
  0-0   0   0   0   0   0   0
  3-0   0   -   0   -   0   -
  2-0   0   -   0   -   0   0
  1-0   0   -   0   0   0   0
尽管在实际中通常会使用更多数目的帧，但为了方便说明，假设在本驱动方案中只使用六帧。这些帧交替为奇数和偶数。趋于白的转换(即，灰度级增加的转换)只在奇数帧中进行驱动，而趋于黑的转换(即，灰度级减小的转换)只在偶数帧中进行驱动。在任一不驱动象素的帧中，其保持在与公共前电极相同的电压上，如在表2中由“0”指示的。对于0-3(黑-白)转换，在每一奇数帧，帧1，3和5中会提供一个趋于白的脉冲(即，将象素电极保持在一个相对于公共前电极趋向于增加象素灰度的电压)。在另一方面，对于0-2(黑到亮灰度)转换，只在帧1和3中提供一个趋于白的脉冲，而在帧5中没有提供脉冲；这当然是随机的，例如，可以在帧1和5中施加一个趋于白的脉冲而在帧3中不施加脉冲。对于0-1(黑到暗灰度)转换，只在帧1帧施加一个趋于白的脉冲，而在帧3和5帧不施加脉冲；此外，这也是随机的，例如可以在帧3中施加一个趋于白的脉冲，而在帧1和5帧不施加脉冲。
趋于黑的转换是以一种非常类似于相应的趋于白的转换的方法来处理的，除了该趋于黑的脉冲只在本驱动方案的偶数帧中施加。相信驱动电光显示器领域的技术人员通过前面的描述可以很容易理解在表2中未示出的转换的方法。
上述脉冲组可以是在两图像之间的独立(stand-along)转换，或者它们也可以是所设计的为完成图像转换(如以幻灯(slide-show)波形)的脉冲序列的一部分。
尽管重点已经放在了上面本发明的允许使用为和LCD一起使用而设计的常规驱动器的方法上，但是本发明也可以使用定制的驱动器和一种用于能在电光显示器中精确控制灰度状态的驱动器，而现在将参照图6和7介绍显示器的快速写入的实现。
如上所述，首先，许多电光介质响应于一个电压脉冲，该脉冲可以表示为V定时t(或更常规的，由V相对于t的积分)，其中V是施加到象素的电压，而t是施加该电压所经过的时间。由此，可以通过对施加到显示器的电压脉冲长度的调制，或者通过对施加电压的调制，或者它们两者的结合来获得灰度状态。
在有源矩阵显示器的脉宽调制的情况中，可得到的脉冲宽度分辨率只是显示器刷新率的倒数。换言之，对于100Hz刷新率的显示器，脉冲长度可以细分到10ms的间隔。这是因为在每次扫描中显示器中每个象素只寻址一次，就是当那一行中象素的选择线被激活的时候。在其余时间中，如在前面提到的WO01/07961中所述，象素上的电压可以由存储电容器来维持。随着电光介质的响应速度变快，相对于时间的反射率曲线的斜率会越来越陡峭。由此，为了维持相同的灰度分辨率，显示器的刷新率必须相应增加。刷新率的增加导致更高的功耗，最终如期望晶体管和驱动器在越来越短的时间内对象素和线电容的充电那样变得不可能。
在另一个方面，在电压调制显示器中，脉冲分辨率只是由电压级的数目来确定，而独立于电光介质的速度。通过利用电压等级的非线性分布可以增加有效分辨率，它们集中在电光介质的电压/反射率响应最陡峭的地方。
附图6示意性地表示了在脉宽调制(PWM)和电压调制(VM)方式之间的权衡。水平轴代表脉冲宽度，而竖直轴代表电压。作为这两个参数的函数的基于粒子的电泳显示器的反射率表示为一个带有表示在显示器反射亮度中1L*的差的区和间隔的等高线图，其中L*具有常用ICE的定义：
L*＝116(R/R0)1/3-16
其中R是反射率，R0是一个标准反射率的值。(已经经验性地发现在1L*亮度中的差在双激励试验中对于平均值主题恰好是显著的。)在图6中总结的在该试验中使用的特定的基于粒子的电泳介质如图所示具有在最大电压(16V)处的200ms的响应时间。
单独脉宽调制的效果可以由沿顶部水平横穿的图块确定，而单独电压调制的效果通过检查右侧的垂直边缘看出。从这个图块可以清楚的是，如果使用该特定介质的显示器是在脉宽调制(PWM)模式中以100Hz的刷新率驱动的，那么在轮廓最陡的中间灰度区域不可能得到在±1L*内的反射率。在电压调制(VM)模式中，获得在±1L*内的反射率会需要128级等间距的电压级，同时以低到5Hz的帧频运行(当然，假设由电容器提供的电压保持能力是足够高的)。此外，可以把这两种方法相结合以更小的电压级获得同样的精度。为了进一步减小所需的电压级数，可以将它们在图6中所示曲线的中间陡峭部分集中而在外侧区域稀疏。这可以以小数目的输入伽马电压来完成。为了进一步减小所需的电压级数，可以将它们集中在有利的值上。例如，如果在所分配的寻址时间内使用非常小的电压不能满足任何期望的灰度状态转换，那么这样的小电压对于实现转换是没有用的。选择排除这样的小电压的电压分布能使所允许的电压具有更有利的分布。
如上面指出的，由于双稳态电光显示器对于施加的电场的极性敏感，所以不像在LCD中所作的那样在连续的帧(图像)中翻转驱动电压的极性，并且帧，象素和线翻转都是不必要的，而且实际上会起反作用。例如，具有象素翻转的LCD驱动器在交替的帧中输送改变极性的电压。这样，只可能在一半的帧中输送合适极性的脉冲。这在LCD中不是问题，因为液晶材料对极性不敏感，但是在双稳态电光显示器中需要两倍的时间来寻址电光介质。
类似的，由于双稳态电光显示器是脉冲传感器而不是电压传感器，所以显示器在时间上积分电压误差，这会导致显示器的象素偏离它们的期望光学状态的大的偏移。这使得使用具有高电压精度的驱动器变得很重要，推荐使用±3mV或更小的公差。
为了使驱动器能够以75Hz的刷新率来寻址单色XGA(1024*768)的显示面板，需要一个60Hz的最大象素时钟速率；获得这样的时钟频率是在当前技术水平内的。
如已经提到的，基于粒子的电泳和其它类似的双稳态电光显示器的一个主要优点是它们图像的稳定性，进而有机会以极低的功耗运行显示器。最大化地利用这个机会，当图像不变化时可以停用到驱动器的电源。因此，驱动器可以设计为在输出线上不产生任何寄生电压的情况下以一种可控制的方式来掉电。因为进入和离开这样的“睡眠”模式会成为一种普通事件，所以掉电和上电的次序要尽可能地快，并要在驱动器的使用寿命上具有最小影响。
此外，应该有一个使驱动器所有的输出脚为Vcom的输入脚，其可以在驱动器不掉电的情况下将所有的象素保持在它们当前的光学状态上。
本发明的驱动器是有用的，其中尤其是用于驱动高分辨率介质，高信息容量的便携显示器，例如7英寸(178mm)对角线XGA单色显示器。为了在这样的高分辩率面板中所需的集成电路的数目最小化，需要使用具有每片封装高数目(例如，324)输出的驱动器。还需要该驱动器具有一个运行在一种或更多种其它模式下的选项并具有较少的输出使能。把集成电路放在显示面板上的优选方法是带载封装(TCP)，这样就需要安排驱动器输出的尺寸和放置以利于本方法的使用。
该驱动器通常会用于以小到30V左右的电压来驱动介质有源矩阵板。因此，该驱动器需要能够驱动大约100PF的容性负载。
在附图7中给出了本发明的优选驱动器(通常标为200)的框图。驱动器200包括移位寄存器202，数据寄存器204，数据锁存器206，数字模拟转换器(DAC)208以及输出缓冲器210。该驱动器不同于那些通常用于驱动LCD的地方在于它提供了一个与显示器的每个象素相关的极性位，并通过相应极性位的控制产生一个在顶面电压上下的输出。
本优选驱动器的信号描述在下面的表3中给出：
  标号   引脚名称   描述
  VDD   逻辑电源   2.7-3.6V
  AVDD   驱动器电源   10-30V
  VSS   地   0V
  Y1-Y324   驱动器输出，馈送至显示器的列电极   D/A转换的64级模拟输出
  D0(0:5)   显示数据输入，奇数点   用于奇数点的6位灰度数据，D0:0＝最小有效位
  (LSB)
  D1(0:5)   显示数据输入，偶数点   用于偶数点的6位灰度数据，D1:0＝最小有效位(LSB)
  D0POL   奇数点极性控制输入   确定当前奇数点会参考哪一组伽马电压.D0POL＝1：奇数点会参考VGAM6-11D0POL＝0：奇数点会参考VGAM1-6
  D1POL   偶数点极性控制输入   确定当前偶数点会参考哪一组伽马电压.D1POL＝1：奇数点会参考VGAM6-11D0POL＝0：奇数点会参考VGAM1-6
  SHL   移位方向控制输入   在162位移位寄存器中控制移位方向SHL＝H：DIO1输入，Y1-＞Y324SHL＝L：DIO1输出，Y324-＞Y1
  DIO1   启动脉冲输入/输出   SHL＝H：用作启动脉冲输入脚SHL＝L：用作启动脉冲输出脚
  DIO2   用于256线的启动脉冲输入/输出   SHL＝H：用作256线有效的启动脉冲输出脚SHL＝L：用作256线的启动脉冲输入脚，如果不用为低
  DIO3   用于260线的启动脉   SHL＝H：用作260线有效
  冲输入/输出   的启动脉冲输出脚SHL＝L：用作260线的启动脉冲输入脚，如果不用为低
  DIO4   用于300线的启动脉冲输入/输出   SHL＝H：用作300线有效的启动脉冲输出脚SHL＝L：用作300线的启动脉冲输入脚，如果不用为低
  DIO5   用于304线的启动脉冲输入/输出   SHL＝H：用作304线有效的启动脉冲输出脚SHL＝L：用作304线的启动脉冲输入脚，如果不用为低
  DIO6   用于320线的启动脉冲输入/输出   SHL＝H：用作320线有效的启动脉冲输出脚SHL＝L：用作320线的启动脉冲输入脚，如果不用为低
  DIO7   用于324线的启动脉冲输入/输出   SHL＝H：用作324线有效的启动脉冲输出脚SHL＝L：用作324线的启动脉冲输入脚，如果不用为低
  CLK1   移位时钟输入   用于两个位于每个上升沿的显示点的两个6位灰度值和两个极性控制值
  CLK2   锁存输入   在上升沿锁存数据寄存器的内容并将锁存值传送到D/A转换器模块
  BL   消隐输入(并不是真的消隐双稳态显示   将所有的输出设为VGM6级
  器，而是仅仅停止驱动器向显示器的写入，从而允许保持已经写入的图像)   BL＝H：全部输出设为VGAM6BL＝L：全部输出反映D/A的值
  VGAM1-6   低伽马基准电压   通过电阻DAC系统确定灰度电压输出
  VGAM6-11   高伽马基准电压   通过电阻DAC系统确定灰度电压输出
驱动器200按以下方式操作。首先，通过设定(比方说)DIO1为高来提一个启动脉冲使移位寄存器202复位到一个开始状态。(对于显示器驱动技术领域中的技术人员可以很容易明白，向移位寄存器提供的各种DIOx输入能使驱动器和具有不同数量列的显示器一起使用，但是对于任一给定的显示器只使用这些输入中的一个，而将其它的永远限制为低。)现在移位寄存器将以在LCD中使用的常规方式来操作；在每个CLK1脉冲处，移位寄存器202的162个输出中有一个且只有一个变高，其它的保持低电平，而在每个CLK1脉冲时该高电平输出变换一个位置。如图7示意性地表示，移位寄存器202的162个输出中的每一个都连接到数据寄存器204的两个输入，一个奇输入和一个偶输入。
显示控制器(比较图2)在数据寄存器204的输入上提供两个六位脉冲值D0(0:5)和D1(0:5)以及两个单个位的极性信号D0POL和D1POL。在每个时钟脉冲CLK1的上升沿，结合移位寄存器202所选的(高电平)输出，将两个七位数(D0POL+D0(0:5)和D1POL+D1(0:5))写入到数据寄存器204的寄存器中。由此，在162个时钟脉冲CLK1之后，已经把324个七位数(相对于一帧显示中用于完整一行的脉冲值)写入到在数据寄存器204中的324个寄存器中。
在每个时钟脉冲LCK2的上升沿，将这些324个七位数从数据寄存器204传送到数据锁存器206。放置在数据锁存器206中的这些数由DAC208读取，并以常规方式，将相应的模拟值放在DAC208的输出处，并经过缓冲器210馈送到显示器的列电极，在那里将它们提供给由行驱动器(未示出)按常规方式选择的一行中的象素电极。但是，需要指出的是，由写入到数据锁存器206中的极性位DOPOL或D1POL来控制每个列电极相应于Vcom的极性，这样这些极性不会如在LCD中使用的常规方式在相邻列电极之间改变。
图8是说明一个可以由图1和2所示的控制器单元运行的程序的流程图。该程序(一般标为300)是用于和本发明的查询表方法(下文中有更详细描述)一起使用的，其中在每次图像写入或再刷新时，显示器的所有象素被擦除和再寻址。
程序开始于对控制器初始化的“上电”步骤302，通常这是一个用户输入的结果，例如用户按下个人数字助手(PDA)的电源按键。步骤302也可以由以下方式引发，例如，PDA盒子的打开(可以由机械传感器或光电传感器来探测这种打开)，输入笔离开其在PDA上的架子的移动，当用户拿起PDA探测移动，或当用户的手接近PDA时进行探测的接近探测。
下一个步骤304是“复位”步骤，其中将显示器的所有象素交替驱动到它们的黑和白状态。已经发现，至少在一些电光介质中，在显示器上对图像的依次写入中，象素的这种“闪烁”对于确保精确的灰度状态是必需的。还发现通常至少需要5次闪烁(计算每一次连续黑和白状态为一次闪烁)，或者在某些情况下更多次。闪烁的次数越多，在这步中花费的时间和能量就越多，同时由此在用户可以在显示器上看到期望的图像之前必须经过的时间也就越长。因此，就希望在符合随后写入图像中精确的灰度状态供给的情况下使闪烁的次数尽可能的小。在复位步骤304结束时，显示器所有的象素都在相同的黑或白状态。
下一个步骤是写入或“送出图像”步骤，其中控制器16以已经说过的方法分别向行和列驱动器22和24(图1和图2)送出信号，由此在显示器上写入期望的图像。因为显示器是双稳态的，所以一旦图像写入，不需要立刻进行重写，并且由此在写入图像后，控制器通常通过设置消隐信号(例如在图7中将信号BL设置为高)来中断行和列驱动器对显示器的写入。
现在控制器进入了一个由步骤308，310和312构成的判断循环。在步骤308中，控制器16检查计算机12(图1)是否请求一个新图像的显示。如果是，控制器继续，在一个擦除步骤314中将在步骤306中写入到显示器的图像擦除，由此将显示器基本返回到复位步骤304结束时到达的状态。控制器从擦除步骤314返回到步骤304，如前所述的复位，并继续写入新的图像。
如果在步骤308中没有需要写入到显示器的新图像，控制器前进到步骤310，在那里决定在显示器上已经保持的图像什么时候超过一个预定周期。如在显示技术中的技术人员所知，写入到双稳态介质上的图像并不是无限期保持的，图像会渐渐淡去(即，对比度降低)。此外，在一些类型的电光介质中，特别是电泳介质，经常会在介质的写入速度和双稳态之间权衡，因为几小时和几天保持双稳态的介质基本上比只保持几秒或几分钟双稳态的介质具有更长的写入时间。因此，尽管不需要象在LCD中的情况中那样连续重写电光介质，但是为了提供具有良好对比度的图像，需要以(比方说)几分钟的间隔来刷新图像。由此，在步骤310中控制器判断自从在步骤306中写入图像开始已经过去的时间是否超过了预定的刷新间隔，如果是，控制器继续到擦除步骤314然后到复位步骤304，如上所述进行复位，并继续将相同的图像重写到显示器上。
(在图8中所示的程序可以变为同时使用局部和总体重写，如下文中更详细的描述。如果这样，步骤310要改为决定是否需要局部或总体重写。如果在变换的程序中，在步骤310处程序判断预定的时间没有届满，将不进行操作。但是如果预定时间已到，步骤310不会立刻调用图像的擦除和重写，而是仅仅设置一个指示总体地对下一个图像的更新比局部地更有效的标记(通常在计算机方面的术语)。程序在下一个时间到达步骤306，检测标记，如果设置了该标记，则对图像的总体重写和然后清除此标记。但是如果没有设置该标记，则只是对图像的局部重写有效。)
如果在步骤310中判断刷新间隔还没有超出，控制器前进到步骤312，在那里判断是否到了关闭显示器和/或图像源的时间。为了在便携式装置中保存能量，控制器不会允许一个单一图像无限期地刷新下去，如图8中所示会在一个延长的无操作周期后终止程序。因此，在步骤310控制器判断自从一个新的图像(而不是在前图像的重写)被写入到显示器之后预定的“关闭”周期(大于上面提到的刷新间隔)是否已经届满，如果是，如在314所表示的，程序终止。步骤314可以包括图像源的掉电。即，在这样的程序终止后用户还可以在显示器上访问慢慢淡化的图像。如果还没有超出该关闭周期，则控制器从步骤312返回到步骤308。
将只通过举例的方法来介绍用于执行本发明的查询表方法的各种可能的波形。但是，首先将介绍一些作为本发明中所用波形的总则。
表现出前面所述的存储效应的双稳态显示器的波形可以分为主要的两类，即补偿型和非补偿型。在补偿型波形中，考虑到在象素中的任一存储效应对全部脉冲进行精密调节。例如，一个经历灰度级1-3-4-2的系列转换的象素会收到一个与经历1-2-4-2转换的象素相比稍有不同的用于4-2转换的脉冲。这样的脉冲补偿可以通过调节脉冲长度，电压或者通过脉冲的V(t)分布的其它变化来进行。在非补偿型波形中，没有任何考虑任何在前状态信息(不同于初始状态)的举措。在非补偿波形中，所有经历2-4转换的象素会收到完全相同的脉冲。为了使非补偿波形成功工作，必须符合两个条件之一。一个是电光介质在其切换操作中必须不表现存储效应，或者每次转换必须有效消除象素中的任何存储效应。
一般，非补偿波形最适用于只能进行粗脉冲分辨率的系统。例如是具有三级驱动器的显示器，或者只有2-3位电压变换能力的显示器。补偿波形需要精密的脉冲调节，用这样的系统是不可能的。显然，当粗略脉冲系统最好限制于非补偿波形时，具有精密脉冲调节的系统可以实现这两种类型的波形。
最简单的非补偿波形是1位普通图像流(1位GIF)。在1位GIF中，显示转换从一个纯黑白图像平稳地到达下一个。对这种序列的转换规则可以简单地如下进行：如果图像从白切换到黑，则提供脉冲I。如果其从黑切换到白，则提供相反极性的脉冲，-I。如果图像保持相同的状态，则不向象素提供脉冲。如前面规定的，脉冲极性对于系统的电压极性的映射会依赖材料的相应函数(function)。
另一种能够产生灰度图像的非补偿波形是非补偿型n预脉冲幻灯(n-PPSS)。这种非补偿幻灯(slide show)波形具有三个基本部分。首先，擦除象素到一个唯一的光学状态，通常是白或者黑。接着，将象素向后或者向前在两个光学状态之间进行驱动，通常还是白和黑。最后，将象素寻址到一个可以是一个多灰度状态的新的光学状态。最终(或写入)脉冲被称为寻址脉冲，而其它脉冲(第一(或擦除)脉冲和中间(或消隐)脉冲)被统称为预脉冲。这种类型的波形会在下面参照图9和10来描述。
预脉冲幻灯波形可以分成两个基本形式，具有奇数预脉冲的和具有偶数预脉冲的。对于奇数预脉冲的情况，擦除脉冲会在脉冲中相等和相对直接在前的写入脉冲(还是参见图9和下文的描述)相反的极性。换言之，如果象素从黑被写到灰，擦除脉冲会使象素返回到黑状态。在偶数预脉冲的情况中，擦除脉冲会具有和直接在前的写入脉冲相同的极性而且在前写入脉冲和擦除脉冲的脉冲之和会等于从黑到白的完整转换所需的脉冲。换言之，如果在偶数预脉冲的情况中象素从黑写入，那么必须将其擦除到白。
在擦除脉冲之后，波形包括零个或偶数个消隐脉冲。这些消隐脉冲通常是相等但极性相反的脉冲，安排为第一个脉冲是和擦除脉冲相反的极性。这些脉冲通常等于整个黑-白脉冲，但这不是必要条件。也可以只需要脉冲对具有相等但极性相反的脉冲-可以是链接在一起的成对的很大变化的脉冲，即+I，-I，+0.1I，-0.1I，+4I，-4I。
最后提供的脉冲是写入脉冲。对该脉冲的选择只基于所期望的光学状态(不依赖当前状态，或是任何在前状态)。一般，该脉冲会随灰度状态值单调增加或减少，但这不是必需的。由于该波形是特别为粗略脉冲系统使用而设计的，所以对写入脉冲的选择一般会包括在小数目的可能脉冲选择上的一组期望灰度状态的映射，例如在9种可能施加的脉冲上的4个灰度状态。
对偶数或奇数形式的非补偿n个预脉冲幻灯波形的检查会显示出写入脉冲总是自相同的方向开始，即从黑或者从白。这是这种波形的重要特征。由于非补偿波形的原理是无法为确保象素达到相同的光学状态而对脉冲长度进行精确的补偿，所以不能指望当从相反的极端光学状态(黑或白)着手时达到一致的光学状态。因此，对于可以标为“来自黑”和“来自白”的这些形式之一，存在两种可能的极性。
这种类型波形的一个主要缺点在于在图像之间具有大大放大的光学闪烁。如参照图9和10在下文中所述，可以通过超帧时间为一半象素变换更新次序，以及以高分辨率隔行扫描象素来改善。可能的模式包括每隔(every)其它行，每隔其它列，或检查板模式。注意，这并不意味着使用相对的极性，即“来自黑”对“来自白”，因为这会导致在相邻象素上灰度的不匹配。作为替代，可以通过以对一半象素(即，第一组象素完成擦除脉冲，然后第二组象素开始擦除脉冲而第一组象素开始第一消隐脉冲)以一个“超帧”(一个等于黑-白更新的最大长度的帧组)延迟更新的开始来实现。考虑到同步，这需要为总的更新时间增加一个超帧。
首先可以看出本发明的理想方法会称为“普通灰度图像流”，其中控制器安排每个图像的写入，这样每个象素可以直接从其初始灰度级转换到其最终灰度级。但是，实际上，普通灰度图像流面临来自误差积累的问题。由于以下实事，例如由驱动器，电光介质在厚度上的生产的变化等引起在电压输出上难以避免的变化，施加到任一给定灰度转换上的脉冲必然和理论需要存在差别。假设在每种转换上的平均误差表示为显示器在理论和实际帧反射率的差值项为±0.2L*。经过100个连续转换，象素会显示出一个从它们所希望的2L*状态的平均偏移；这种偏移在某些类型的图像中对于普通观察者来说是明显的。为了避免该问题，需要把在本发明中使用的驱动方案安排为在经过一次极端光学状态(黑或白)之前，任一给定象素只能经历一次预定最大数量的灰度转换。在已经在电光介质上施加了特定脉冲之后这些极端光学状态作为“围栏”，介质不能变得更黑或更白。由此，总是自极端光学状态起的下一次转换可以从精确知晓的光学状态开始，有效抵偿了任何在前积累的误差。通过极端光学状态使这样一段象素的光学效应最小化的各种技术将在下面描述。
首先，现在将参考一种具有黑(0级)，暗灰(1级)，亮灰(2级)和白(3级)光学状态，使用脉宽调制技术和如在下表4中所示的转换查询表来实现转换的简单两位灰度系统，介绍在本发明中有用的简单驱动方案。
表4
  转换   脉冲   转换   脉冲
  0-0   0   0-0   0
  0-1   n   1-0   -n
  0-2   2n   2-0   -2n
  0-3   3n   3-0   -3n
其中n是一个依据特定显示器的数，而-n表示一个具有和脉冲n相同长度但是相反极性的脉冲。还进一步假设在图8中的复位脉冲304的末端，显示器所有的象素都是黑(0级)。因此，如下面所述，所有转换都通过一个中间黑状态来发生，只有那些向该灰度状态或来自该灰度状态的转换是有效的。这样，所需的查询表尺寸明显减小，显然依据减小的查询表尺寸的比例因子会随着显示器灰度级的数目而增加。
图9显示了一个与图8的驱动方案有关的象素转换。在复位步骤304的开始处，象素处于某一随机灰度。在复位步骤304中，将象素交替驱动到三个黑状态和两个中间白状态，结束在其黑状态。然后在306处向象素写入对于第一图像适当的灰度级，假设是1级。在该相同图像显示期间该象素在这个级上保持一段时间；在图9中为了便于说明显示周期的长度大大减小了。有时一个新图像需要写入，在这一点上，象素在擦除步骤308中返回到黑(0级)，然后在指定为304’的第二复位步骤中经过交替白和黑的6次复位脉冲，这样在该复位步骤304’结束处，象素已经返回到了黑状态。最后，在指定为306’的第二写入状态中，给象素写入一个对于第二图像适当的灰度级，假设是2级。
图9中的许多不同的驱动方案当然是可能的。在图10中示出了一种有用的变化。在图10中所示的步骤304，306和308同图9中的一样。但是，在步骤304’中，使用了5个复位脉冲(显然也可以使用一个不同的奇数脉冲)，这样在步骤304’结束处，象素在白状态(3级)，而在第二写入步骤306’中，象素的写入是从白状态起实现的而不是从象在图9中所述的黑状态中实现的。这样连续图像就交替从象素的黑状态和白状态的写入。
在图9和10所示的又一驱动方案的变化中，擦除步骤308不是按照驱动象素黑而是白(3级)来实现的。然后在复位步骤中在白状态下偶数个复位脉冲加到象素端，从白状态起写入第二图像。如在图10的驱动方案，在本方案中交替从象素的黑状态和白状态写入连续的图像。
可以理解在前面所有的方案中，依据所使用的电光介质的特性，复位脉冲的数目和持续时间是可以变化的。类似的，可以用电压调制而不是脉宽调制来改变施加到象素的脉冲。
在上述驱动方案的复位步骤中在显示器上表现的黑闪和白闪对于用户当然是可见的，而且可能对于很多用户是不喜欢的。为了减小这种复位步骤的视觉效果，可以方便地将显示器的象素分成两(或更多的)组，并对不同的组提供不同类型的复位脉冲。更特别的，如果需要使用复位脉冲驱动任何给定的在黑和白间交替的象素，可以方便地将象素分成至少两组，并安排驱动方案使得一组象素驱动为白而同时另一组驱动为黑。所提供的这两组的空间分布是精心选择的而且象素都足够小，用户经历复位步骤就像在显示器上的灰度间隔(最好是一些轻微的闪动)，这样的灰度间隔通常不像一系列的黑白闪烁引人厌恶。
例如，在一种形式的这样的“两组复位”步骤中，在奇数列上的象素可以分配为一个“奇”组，而在偶数列中的象素分配到第二个“偶”组。接着奇数象素可以使用在图9中所示的驱动方案，而偶数象素可以使用该驱动方案的变种，其中在擦除步骤中象素不是被驱动到黑状态而是白状态。然后这两组象素在复位步骤304’中都会经历偶数个复位脉冲，这样用于这两组的复位脉冲基本上会隔开180度相位，而显示器在整个复位步骤中显示为灰。最后，在步骤306’的第二图像写入期间，奇数象素从黑驱动到它们的最终状态，而偶数象素从白驱动到它们的最终状态。为了确保在漫长的时间中以相同的方法复位每个象素(并且这样复位的方法不在显示器上引起任何噪声)，在连续图像间切换该驱动方案对于控制器是有利的，这样当把一系列新图像写入到显示器时，每个象素是交替从黑和白状态写入到其最终状态的。
显然，可以使用由奇数行中的象素形成第一组而在偶数行中的象素形成第二组的类似方案。在又一类似的驱动方案中，第一组包括在奇数列和奇数行中的象素，以及偶数列和偶数行，而第二组包括在奇数列和偶数行中的象素，以及偶数列和奇数行，这样两组按棋盘形式布置。
取代或者除了将象素分为两组并安排在一组中的复位脉冲和另一组中的相差180度相位，可以将象素分成使用在数量和脉冲频率上存在区别的不同复位脉冲的组。例如，一组可以使用如图9所示的6个脉冲复位序列，而第二组可以使用类似的两倍频率的12脉冲。在一个更精密的方案中，象素可以分成四组，第一和第二组使用6脉冲方案但是相互间相差180度相位，而第三和第四组使用12脉冲方案但相互间相差180度相位。
现在将参照图11A和11B说明为减小复位步骤的不利效应的另一方案。在该方案中，象素再一次分为两组，按图11A中所示驱动方案的第一(偶数)组和按图11B所示的驱动方案的第二(奇数)组。同样在该方案中，把在黑和白中间的所有灰度级分成邻近靠着黑级的暗灰级的第一组，以及邻近靠着白级的亮灰级的第二组，对于两组象素这种分法是一样的。期望但不是必须的，在这两组中具有相同数目的灰度级；如果有奇数个灰度级，那么中间级可以随机分配给任一组。为了便于说明，图11A和11B示出本驱动方案提供8级灰度显示，指定为0(黑)到7(白)的等级；灰度级1，2和3是暗灰级，而灰度级4，5和6是亮灰级。
在图11A和11B的驱动方案中，根据以下规则控制灰度间的转换：
(a)首先，偶数组象素，在到暗灰级的转换中，所提供的最后脉冲总是一个趋于白的脉冲(即，一个具有倾向于将象素从其黑状态向其白状态驱动的极性的脉冲)，反之在向亮灰级的转换中，所提供的最后脉冲总是一个趋于黑的脉冲。
(b)其次，奇数组象素，在到暗灰级的转换中，所提供的最后脉冲总是一个趋于黑的脉冲，而在向亮灰级的转换中，所提供的最后脉冲总是一个趋于白的脉冲。
(c)在所有的情况中，当已经获得白状态后，趋于黑的脉冲可以只在趋于白的脉冲之后，而当已经获得黑状态后，趋于白的脉冲可以只在趋于黑的脉冲之后。
(d)偶数象素不会由一个单个趋于黑的脉冲从一个暗灰级驱动到黑，奇数象素也不会使用一个单个趋于白的脉冲从亮灰级到白。(显然，在两种情况中，只能使用一个最终趋于白的脉冲得到白状态，也只能用一个最终趋于黑的脉冲得到黑状态。)
这些规则的应用允许使用三个连续的脉冲中最大的一个实现灰度间的转换。例如，图11A示出了经过从黑(0级)到灰度级1的转换的一个偶数象素。这是用单独的标为1102的趋于白的脉冲(当然在图11A中表示为一个正的斜率)得到的。接着，把象素驱动到灰度级3。由于灰度级3是一个暗灰级，所有根据规则(a)它必须通过一个趋于白的脉冲来实现，而由此1级/3级转换可以通过一个单独的趋于白的脉冲1104来控制，它同脉冲1102具有一个脉冲差。
现在把象素驱动到了灰度级6。由于这是一个亮灰度级，根据规则(a)其必须由一个趋于黑的脉冲来实现。因此，规则(a)和(c)的应用需要由一个两脉冲序列来实现3级/6级的转换，即一个把象素驱动到白(7级)的第一趋于白的脉冲1106，跟着一个把象素从7级驱动到期望的6级的一个第二趋于黑的脉冲1108。
接着把象素驱动到灰度级4。由于这是一个亮灰度级，根据一个前面所述的用于1级/3级转换的非常类似的理论，由一个单独的趋于黑的脉冲1110来实现6级/4级的转换。接下来的转换是到3级。由于这是一个暗灰级，根据一个前面所述的用于3级/6级转换的非常类似的理论，由一个两脉冲序列来控制4级/3级的转换，即一个把象素驱动到黑(0级)的第一趋于黑的脉冲1112，跟着一个把象素从0级驱动到期望的3级的一个第二趋于白的脉冲1114。
在图11A中所示的最终转换是从3级到1级的转换。由于这是一个暗灰级，根据规则(a)其必须由一个趋于白的脉冲来实现。因此，应用规则(a)和(c)，必须由一个三脉冲序列来控制3级/1级转换，该脉冲序列包含一个将象素驱动到白(7级)的第一趋于白的脉冲1116，一个将象素驱动到黑(0级)的第二趋于黑的脉冲1118，以及一个将象素从黑驱动到期望1级状态的第三趋于白的脉冲1120。
图11B示出了一个奇数象素实现的如图11A中的偶数象素一样的0-1-3-6-4-3-1灰度状态的序列。但是，可以看到，所用的脉冲序列是非常不同的。规则(b)需要通过一个趋于黑的脉冲来实现一个暗灰级1级。因此，0-1转换是由一个将象素驱动到白(7级)的第一趋于白的脉冲1122，跟着一个将象素从7级驱动到期望的1级的趋于黑的脉冲1124实现的。1-3转换需要一个三脉冲序列，一个将象素驱动到黑(0级)的第一趋于黑的脉冲1126，一个将象素驱动到白(7级)的第二趋于白的脉冲，以及一个将象素从7级驱动到期望的3级的第三趋于黑的脉冲1130。接下来的转换是到为亮灰级的6级，根据规则(b)这是通过一个趋于白的脉冲实现的，3级/6级转换是通过一个包括将象素驱动到黑(0级)的趋于黑的脉冲1132和一个将象素驱动到期望的6级的趋于白的脉冲1134的两脉冲序列实现的。6级/4级转换是由一个三脉冲序列实现的，即一个将象素驱动到白(7级)的趋于白的脉冲1136，一个将象素驱动到黑(0级)的趋于黑的脉冲1138，以及一个将象素驱动到期望的4级的趋于白的脉冲1140。4级/3级转换是通过一个包括将象素驱动到白(7级)的趋于白的脉冲1142，跟着一个将象素驱动到期望的3级的趋于黑的脉冲1144的两脉冲序列来实现的。最后，3级/1级转换是由一个单独的趋于黑的脉冲1146实现的。
从图11A和11B可以看出该驱动方案确保每个象素沿一个“锯齿”形而行，其中在不改变方向的情况下(尽管显然象素会在任一中间灰度级静止一个或短或长的周期)每个象素从黑转换到白，并随后在不变化方向的情况下从白转换到黑。由此，上面的规则(c)和(d)可以由下面的单一规则(e)取代：
(e)一旦象素已经由一个单一极性的脉冲从一个极端光学状态(即，白或黑)向相反的极端光学状态驱动，那么在其到达前面所述的相反的极端光学状态之前，象素不再接收相反极性的脉冲。
由此该驱动方案确保一个象素最多只经历等于(N-1)/2次数目的转换，其中N是在驱动到一个极端光学状态之前的灰度级数目；这防止了在各个转换中的轻微误差(例如由驱动器所提供的电压中无法避免的小波动造成)无限地聚集在一个灰度图像的系列失真对于观察者是明显的程度。此外，将本驱动方案设计为偶数和奇数象素总是从相反方向到达给定的中间灰度级，即，序列中的最终脉冲在一种情况下是趋于白的而在另一种情况下是趋于黑的。如果把一个保持基本相等数量的偶数和奇数象素的显示器的有效区域写入到一个单一灰度级，那么“相反方向”特性可以使该区域的闪烁最小化。
对于其它在两个离散组中驱动象素的驱动方案，出于和上面所述类似的原因，当执行图11A和11B的锯齿驱动方案时，要集中精力来按偶数和奇数组安排象素。这种安排需要确保显示器上任何基本上相邻的区域要保持基本相等数目的奇数和偶数象素，相同组的相邻象素块的最大尺寸要足够小使得普通观察者无法轻易分辩。如上所述，以棋盘模式安排两个象素组可以满足这些要求。随机屏幕技术也可以用于两组象素的安排。但是，在锯齿驱动方案中，棋盘模式的使用会趋于增加显示器的功耗。在这样模式中的任一给定列中，相邻象素会属于相反的组，并且在所有象素都经受同一灰度级转换(普通情况)的基本尺寸的相邻区域中，在任一给定时间中相邻象素趋于需要相反极性的脉冲。当要写入每一个新的行时，向在任一列中连续象素提供相反极性的脉冲需要对显示器的列(源)电极放电和再充电。驱动有源矩阵显示器领域中的技术人员都知道，列电极的放电和再充电是显示器功耗的一个主要因素。因此，棋盘分布使显示器的功耗趋于增加。
在功耗和期望避免大的相同组象素的相邻区域之间合理的折中是将每组中的象素分配成矩形，该矩形中的象素都在相同列中只沿该列延续几个象素。以这样的安排，当重写区域具有相同的灰度级时，只有当从一个矩形切换到另一个矩形时才会需要列电极的放电和再充电。理想的矩形为1×4象素，并且安排为在相邻列中的矩形不会在同一行中结束，即，在相邻列中的矩形会具有不同的“相位”。各列中矩形到相位的分配能够以随机或者循环的方法实现。
在图11A和11B中所示的锯齿驱动方案的一个好处是，作为显示器整体更新的一部分，图像的任何单色区域可以简单地用一个黑到白或者白到黑的单一脉冲进行更新。为重写这样的单色区域所花的最大时间只是重写需要灰度间转换区域的最大时间的一半，该特征的使用有利于如用户输入的字符，下拉菜单等图像特征的快速更新。控制器可以检查图像更新是否需要任何灰度间的转换；如果不需要，需要重写的图像区域可以使用快速单色更新模式来进行重写。由此，用户可以拥有对输入字符，下拉菜单和显示器的其它与用户交互特征的快速更新，其与普通灰度图像的较慢更新无缝地配合。
如在上文的共同未决的申请序列号09/561424和09/520743中所述，在很多电光介质中，特别是基于粒子的电泳介质，用于驱动这样介质的驱动方案具有在整个扩展周期意义上的直流(DC)平衡是理想的，通过特定象素的电流的代数和应当为零或者尽可能接近零，本发明驱动方案的设计要致力于这一标准。更具体的，在本发明中使用的查询表要设计为使得开始或结束于象素的一个极端光学状态(黑或白)的任何转换序列应是直流平衡的。根据上文所述，可以首先看出由于该脉冲，所以由此通过象素的任一特定灰度间转换所需的电流是基本不变的，所以这样的直流平衡可能不能实现。然而，这只是对于第一近似值是真的，已经经验性地发现，至少在基于粒子的电泳介质的情况中(并且其它电光介质的情况中同样是真的)，(比方说)向象素提供5个间隔的50ms脉冲的效果和向象素提供相同电压的一个250ms脉冲的不一样。因此，在为得到给定转换而通过象素的电流中存在一些挠性，这种挠性可以用于参与直流平衡的获得。例如，在本发明中使用的查询表可以将用于给定转换的多个脉冲连同由这些脉冲中的每一个提供的总电流值存储起来，控制器可以为每个象素保持一个用于存储自某在前时间(例如，自从将象素维持在黑状态起)起提供到象素的脉冲代数和的寄存器。当要把一特定象素从白或灰度状态驱动到黑状态时，控制器可以检查与该象素相关的寄存器，确定从原来的黑状态到即将到来的黑状态的整个转换序列中的直流平衡所需的电流，以及选择所存储的用于白/灰到黑转换所需的若干脉冲之一，它们中的任一个能将相应寄存器准确减小到零，或者至少减小到尽可能小的余值(其中相应寄存器会保持该余值并在下一个转换中将其加到所提供的电流上)。可以看出这一过程的反复应用能够获得每个象素的精确的长期直流平衡。
需要注意的是在图11A和11B所示的锯齿驱动方案非常适于使用这样的直流平衡技术，因为该驱动方案确保在经过黑状态的任何给定象素的连续通过之间只能经过有效数量的转换，并且在其一半的转换中实际上平均起来有一个象素会通过黑状态。
通过使用局部而不是总体更新可以进一步减小复位步骤的有害效应，即通过只重写显示器中只在连续图像间变化的部分，可以在“局部”区域或是逐个象素的基础上选择要重写的部分。例如，当例如在说明机械设备中部件运动的图或者用于偶然事故重建的图中，不难发现其中比较小的对象相对于较大的静止背景移动的一系列图像。为了使用局部更新，控制器需要把最终图像和初始图像相比较并确定在两图之间哪些区域不同进而需要重写。控制器可以确定一个或更多个局部区域，通常为具有以象素格排列的边的保存有要更新象素的矩形区域，或者可以只确定需要更新的独立的象素。由此已经描述的任一驱动方案可以用于只更新确定作为需要重写的局部区域或者独立的象素。这样的局部更新方案能够充分减小显示器的功耗。
根据所用的特定电光显示器的特点能够以多种方法变化上述的驱动方案。例如，在一些情况下可以在上述驱动方案中省去许多复位步骤。例如，如果所用电光介质为很长周期的双稳态(即，写入象素的灰度级只以非常慢的时间变化)，并且对于已经处于其初始灰度状态的象素以该周期进行的特定转换所需的脉冲变化不大，查询表可以安排为没有返回到黑或白状态的介入而直接实现灰度状态间的转换，在经过一个基本周期之后，仅当象素从它们的标称灰度级的逐渐“偏移”已经能够造成当前图像的显著误差时才进行显示器的复位。由此，例如，如果用户将本发明的显示器用作电子图书阅读器，在需要显示器的复位之前它可以显示许多屏的信息，经验性地，已经发现使用合适的波形和驱动器，在需要复位之前可以显示如1000屏之多的信息，这样实际上在通常对电子图书阅读器的阅读期间不会需要复位。
显示技术领域的人员很容易看出本发明的单独装置可以在不同条件下用于随许多不同的驱动方案来提供。例如，由于在图9和10所示的驱动方案中，复位脉冲消耗显示器总功耗中很小的部分，所以可以和以频率间隔复位显示器的第一驱动方案一起来提供控制器，这样使灰度误差最小化，以及只以较长的间隔复位显示器的第二方案，这样容许了较大的误差但是减小了功耗。可以手动或者凭借外部参数来实现在两种方案之间的切换；例如，如果显示器用作便携式电脑，当电脑在主电源上运行时可以使用第一驱动方案，而当电脑在内部电池电源上运行时可以使用第二方案。
根据前面所述，可以看出本发明提供了一种用于电光显示器操作控制的驱动器，其非常适于基于粒子的双稳态电泳显示器和类似显示器的特点。
根据前面所述，可以看出本发明提供了一种控制电光显示器运行的方法和控制器，其允许在不需要整个显示器以频率间隔到其极端状态的不便的闪烁的情况下灰度的准确控制。本发明还在降低显示器功耗的同时，不管温度和其操作时间的变化而允许显示器的准确控制。由于控制器可以用从商业上可得的部件构成，所以可以廉价地实现这些优点。
在本发明的残余电压方法中，期望由高阻抗电压测量设备来实现残余电压的测量，例如一种金属氧化物半导体(MOS)比较器。当显示器是一种具有小象素的，例如每英寸100点(DPI)矩阵显示器，其中每个象素具有10-4平方英寸或者大约6×10mm2的面积，当这样的单个象素的电阻到达1012ohm的数量值时，比较器需要具有极低的输入电流。但是，合适的比较器很容易在商业上获得；例如，作为具有仅为大约20pA的输入电流的德州仪器的INA111芯片是合适的。(技术上，这种集成电路是一种仪器用放大器，但是如果其输出进入一个施密特触发器，它可作为一款比较器使用。)对于具有大的单个象素的显示器，例如用于标志的大的直接驱动显示器(下面规定的)，各个象素可能具有几平方厘米的区域，对比较器的要求不是很高，基本上所有的商业FET输入比较器都可以使用，例如来自国家半导体公司的LF311比较器。
对于电子显示技术领域的人员很容易看出，为了费用和其它原因，大规模生产的电子显示器通常会具有专用集成电路(ASIC)形式的驱动器，在这种类型的显示器中，比较器通常会作为ASIC的一部分来提供。尽管这种途径会需要提供在ASIC中的反馈电路，但是这具有使ASIC的供电和振荡部分更简单和在面积上更小的优点。如果需要3级普通图像流驱动器，这种方法还可以使ASIC的驱动部分更简单和在面积上更小。由此，这种方法通常会降低ASIC的造价。
方便的，使用一种可以提供驱动电压，使象素电子短路或浮动的驱动器来提供驱动脉冲。当使用这样的驱动器时，在实现直流平衡修正的每个寻址周期上，象素被寻址，电子短路，然后浮动。(在此使用的术语“寻址周期”在电光显示器技术中的常规含义是指在显示器上从第一图像变化到第二图像所需的总周期。如上指出的，由于电泳显示器比较低的通常为几十到几百毫秒数量级的切换速度，一个单独寻址周期可以包括许多完整显示的扫描。)在短暂的延迟时间之后，比较器用于测量通过象素的残余电压，并确定在符号上是正还是负。如果残余电压为正，那么控制器可以在下一个寻址周期中稍微延长负寻址脉冲的周期(或者稍微增加其电压)。但是如果残余电压为负，那么控制器可以在下一个寻址周期中稍微延长正寻址电压脉冲的周期(或者稍微增加其电压)。
由此，本发明的残余电压法将电光介质放在一种开关式的反馈循环正，通过调节寻址脉冲的长度来将残余电压朝零驱动。当残余电压接近零时，介质表现出理想的性能和提高的寿命。特别地，本发明的使用允许改善对灰度的控制。如前面指出的，已经看到在电光显示器中获得的灰度级是一个开始灰度级和所提供脉冲，以及显示器在前状态的函数。相信(尽管本发明不受这种相信的限制)灰度级上的这种“历史”效应的原因之一是残余电压作用于电光介质所经历的电场；影响介质状态的实际电场是由电极和残余电压所施加的实际电压之和。由此，根据本发明对残余电压的控制确保了由电光介质所经历的电场准确对应于经电极所提供的电压，由此允许改善灰度的控制。
本发明的残余电压法在所谓“直接驱动”型的显示器中特别有用，该显示器被分成每个提供分离电极的一系列象素，该显示器进一步包括用于独立控制施加到每个分离电极的电压的切换装置。这样的直接驱动显示器对于文本或其它例如许多数字的有限字符组的显示是有用的，并且尤其在前面提到过的国际申请公开号00/05704中进行了描述。但是，本发明的残余电压法还可以用于其它类型的显示器，例如具有晶体管矩阵的有源矩阵显示器，其中至少一个晶体管和显示器的每个象素相连。在这样的有源矩阵显示器中使用的驱动的薄膜晶体管(TFT)的栅极线将象素电极连接到源极。残余电压相比小于栅极电压(残余电压的绝对值一般不会超过0.5V)，因此栅极驱动电压会始终导通TFT。然后源极线可以为电浮动，并连接到MOS比较器，由此允许读出有源矩阵显示器的每个单独象素的残余电压。
需要注意的是，尽管在电泳显示器的象素上的残余电压可以和流过已经直流平衡的象素的电流的程度紧密地联系起来，但是零残余电压不必意味着理想的直流平衡。但是，从实际观点出发，这没什么区别，因为是残余电压而不是直流平衡的历史对在此指出的不利效应负责。
对于显示技术领域的人员很容易看出，由于本发明的残余电压法的目的是减小残余电压和直流不平衡，所以本方法不必在显示器的每个寻址周期中使用，它是以适当的频率来提供以防止在特定象素上长期形成的直流不平衡。例如，如果是一种需要以间隔使用“刷新”或“消隐”脉冲的显示器，那么在刷新或消隐脉冲中所有的象素被驱动到相同的显示状态，通常是一种极端显示器状态(或者，更一般的，会首先将所有的象素驱动到极端显示器状态之一，接着再到另一极端显示器状态)，本发明的这种方法可以只在刷新或消隐脉冲中使用。
尽管本发明的残余电压法已经在封装电泳显示器的应用中进行了大致的描述，但是本方法也可以用于非封装电泳显示器，以及其它类型的显示器，例如显示残余电压的电致变色显示器。
从前文所述，可以看出本发明的残余电压法提供了一种用于驱动电泳和其它电光显示器的方法，其在提供增加的显示器使用寿命，增强的操作窗口和长期显示光学性能的同时，减少了为确保显示器的象素直流平衡所需设备的费用。

Claims (19)

1.一种驱动双稳态电光显示器的方法，该显示器具有多个象素，每个象素可以显示至少三个灰度级，该方法根据每个象素的初始和期望的最终状态产生期望的信号脉冲，该方法的特征在于：
存储一查询表，其包括有表示要将初始灰度级转换到最终灰度级所需脉冲的数据；
存储至少表示显示器的每个象素的初始状态的数据；
接收表示显示器的至少一个象素的一期望的最终状态的输入信号；和
产生一输出信号，表示从所述查询表中确定的将所述一个象素的初始状态转换到其期望的最终状态所需的脉冲；以及
存储至少表示在每个象素的初始状态之前的其在前状态的数据，并且其中依据所述一个象素的至少一个在前状态和初始状态产生输出信号。
2.如权利要求1的方法，其特征在于存储至少表示每个象素的两个在前状态的数据，和依赖所述一个象素的至少两个在前状态和初始状态产生所述输出信号。
3.如任一在前权利要求的方法，其特征在于接收表示所述显示器的至少一个象素的温度的温度信号和依据该温度信号产生所述输出信号。
4.如权利要求3的方法，其特征在于查询表存储从初始灰度级到最终灰度级的每次转换的多个值，该多个值表示一特定温度下的特定转换所需的值。
5.如权利要求3的方法，其特征在于查询表存储温度的函数，其中通过计算在由所述温度信号指示的温度处相应函数的值产生所述输出信号。
6.如权利要求1-2中任一权利要求所述的方法，其特征在于产生表示象素的操作时间的寿命信号并依据该寿命信号产生所述输出信号。
7.如权利要求1-2中任一权利要求所述的方法，其特征在于产生表示从象素最近经历的转换以来的时间的驻留时间信号，并依据该驻留时间信号产生所述输出信号。
8.如权利要求1-2中任一权利要求所述的方法，其特征在于三个所需的驱动器电压是以相对顶面电压为负的驱动象素的V-，以相对顶面电压为正的驱动象素的V+，以及保持象素在相同的显示状态的相对顶面电压的0V，并且其中输出信号表示这些驱动器电压中被选择的一个要施加到象素的时间周期。
9.如权利要求8的方法，其特征在于在包含多个子扫描周期的扫描中驱动象素，并且所述输出信号表示确定在哪个子扫描周期中向该象素施加驱动器电压。
10.如权利要求1-2中任一权利要求所述的方法，其特征在于输出信号包含从所述一个象素的初始状态转换到其期望的最终状态所需的脉冲的极性。
11.一种驱动双稳态电光显示器的方法，该显示器具有多个象素，每个象素可以显示至少三个灰度级，该方法根据每个象素的初始和期望的最终状态产生期望的信号脉冲，本方法的特征在于：
存储一查询表，查询表包括有表示要将初始灰度级转换到最终灰度级所需脉冲的数据；
存储至少表示显示器的每个象素的初始状态的数据；
接收表示显示器的至少一个象素的一期望最终状态的输入信号；和
产生一输出信号，表示从所述查询表中确定的将所述一个象素的初始状态转换到其期望最终状态所需的脉冲，其中三个所需的驱动器电压是以相对顶面电压为负的驱动象素的V-，以相对顶面电压为正的驱动象素的V+，以及保持象素在相同的显示状态的相对顶面电压的0V，并且其中输出信号表示这些驱动器电压中选择的一个要施加到象素的时间周期。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于接收表示环境湿度的湿度信号并且根据所述湿度信号产生所述输出信号。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述显示器是电泳显示器。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述显示器是封装的电泳显示器。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述显示器是包括留在载体介质内形成的多个空腔内的带电粒子和悬浮液的微单元显示器。
16.一种用于控制双稳态电光显示器的设备控制器，该显示器具有多个象素，每个象素可以显示至少三个灰度级，该设备控制器根据每个象素的初始和期望的最终状态产生期望的信号脉冲，该设备控制器的特征在于包括：
存储装置，用于存储包括有表示要将初始灰度级转换到最终灰度级所需脉冲的数据的查询表和至少表示显示器的每个象素的初始状态的数据，其中存储装置还设置成存储表示在每个象素的初始状态之前的至少一个在前状态的数据；
输入装置，用于接收表示显示器的至少一个象素的期望的最终状态的输入信号；
计算装置，用于从所述输入信号、所述象素的初始状态和所述象素的在前状态确定用于将所述一个象素的初始状态变化到期望的最终状态所需的脉冲；以及
用于产生表示所述脉冲的输出信号的输出装置。
17.如权利要求16的设备控制器，其特征在于该存储装置设置成存储表示每个象素的至少两个在前状态的数据，并且所述计算装置设置成依据输入信号、所述象素的初始状态以及所述象素的至少两个在前状态来确定脉冲。
18.如权利要求16-17中任一权利要求所述的设备控制器，其特征在于该输入装置设置成接收表示显示器至少一个象素温度的温度信号，并且所述计算装置设置成依据输入信号、象素的初始状态、象素的在前状态以及该温度信号来确定脉冲。
19.如权利要求16所述的设备控制器，其特征在于，所述输入装置被设置为接收表示环境湿度的湿度信号，并且所述计算装置被设置为根据所述输入信号、所述象素的初始状态、象素的在前状态以及所述湿度信号确定所述脉冲。
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